LAMPIRAN A NERACA MASSA Kapasitas Produksi : 13.000 ton

Aliran keluar Evaporator (EV) sisa air pencuci diuapkan. W22. : Aliran keluar Evaporator (EV) menuju Tangki-01 (T-01). Kondisi operasi : T = 130 o. P ...

102 downloads 586 Views 2MB Size
LAMPIRAN A NERACA MASSA

Kapasitas Produksi : 13.000 ton/tahun Operasi Pabrik

: 330 hari/tahun

Basis Produksi

: 1 Jam operasi

Bahan Baku

: Propilen dan oksigen

Produk Utama

: Asam Akrilat (C3H4O2)

Produksi Asam Akrilat

=

13.000 ton 1.000 kg 1 tahun 1 hari × × × 1 tahun 1 ton 330 hari 24 jam

= 1641,4141 kg/jam

Kemurnian Asam akrilat yang dijual di pasaran = 99,50 % (http://www.filochemical.com/Chemicals/Chemical_Acrylic_Acid_High_Purity.htm) Asam Akrilat

= 99,5% x 1641,4141 kg/jam = 1633,207 kg/jam

Mol Asam Akrilat

=

massa BM

=

1633, 207 kg / jam 72 kg / kmol

= 23,5569 kmol/jam Reaktor – 01 (R – 01) Fungsi

: Mereaksikan C3H6 dengan O2 untuk menghasilkan C3H4O LA-1

Blok diagram :

Universitas Sumatera Utara

R-01

O2

C3H6

Keterangan: W1,W2

: Aliran feed masuk R-01

W3

: Aliran produk keluar R-01

Dari total Reaksi : •

Dari perbandingan stoikiometri, dibutuhkan 1,5 mol O2 untuk mereaksikan C3H6 menjadi C3H4O2, tetapi untuk reaksi oksidasi, jumlah O2 dibuat berlebih.



Dari PT. Chandra Asri, komposisi gas propilen sebagai berikut :

Komponen

% mol

C3H6

99,52%

C3H8

0,48%

Kondisi Operasi: Temperatur

: 320 oC

Tekanan

:3 bar

mPerhitungan : Dari Trial dan Eror, Maka raw gas yang masuk yang dibutuhkan untuk mencapai kapasitas produk yang diinginkan = 36,24153514 kmol/jam

Universitas Sumatera Utara

Konversi C3H6

= 98,1 % (US Paten 7.897.813 B2)

Konversi C3H4O

= 99,52 %

Konversi C3H8

= 0,48%

Rasio bahan baku

= C3H6 propilen : O2 oksigen adalah

1 :

2

REAKTOR -01 : Reaksi yang terjadi pada R-01 : C3H6 + O2

C3H4O + H2O + Q

C3H6 + 5/2 O2

CH3COOH + CO2 + H2O

C3H6 masuk

C3H6 bereaksi

C3H6 sisa

C3H8 masuk

O2 masuk

O2 bereaksi

O2 terbentuk (1)

=(Konversi C3H4 x Mol As.Akrilat) = 99,52% x 23,557 kmol

= 23,4439 kmol

= 23,4439 kmol x 42 kg/kmol

= 984,6448 kg

= Konversi C3H6 x C3H6 masuk =98,1% x 23,4439 kmol

= 22,9984 kmol

= 22,9984 kmol x 42 kg/kmol

= 965,9366 kg

= (C3H6 masuk- C3H6 bereaksi) =(23,4439 – 22,9984) kmol

= 0,4454 kmol

= 0,4454 kmol x 42 kg/kmol

= 18,7082 kg

= Konversi C3H8 – Mol As.Akrilat = 0,48% x 23,557 kmol

= 0,1130 kmol

= 0,1130 kmol x 44 kg/kmol

= 4,9752 kg

= 2/1 x C3H6 masuk =2/1 x 23,4439 kmol

= 46,8878 kmol

= 46,8878 kmol x 32 kg/kmol

= 1500,41 kg

= 1/1 x C3H6 masuk =1/1 x 23,4439 kmol

= 23,4439 kmol

= 23,4439 kmol x 32 kg/lmol

= 750,2056 kg

= O2 masuk - O2 bereaksi =46,8878 kmol – 23,4439 kmol

= 23,4439 kmol

= 23,4439 kmol x 32 kg/kmol

= 750,2056 kg

Universitas Sumatera Utara

N2 masuk

= N2 keluar x O2 masuk

C3H4O terbentuk

H2O terbentuk (1)

H2O terbentuk (2)

H2O total

= 176,3876 kmol

= 176,3876 kmol x 28 kg/kmol

= 413,9728 kg

= 1/1 x C3H6 bereaksi

= 22,9984 kmol

= 22,9984 kmol x 56 kg/kmol

= 1981,4083 kg

= 1/1 x C3H6 bereaksi

CH3COOH terbentuk

CO2 terbentuk

= 79/21 x 46,8878 kmol

= 1/1 x 22,9984 kmol

= 22,9984 kmol

= 22,9984 kmol x 18 kg/mol

= 413,9728 kg

= 1/1 x C3H6 sisa = 1/1 x 0,4454 kmol

= 0,4454 kmol

= 0,4454 kmol x 60 kg/kmol

= 26,7260 kg

= 1/1 x CH3COOH = 1/1 x 0,4454 kmol

= 0,4454 kmol

= 0,6852 kmol x 44 kg/kmol

= 19,5991 kg

= 1/1 x CO2 terbentuk = 1/1 x 0,4454 kmol

= 0,4454 kmol

= 0,4454 kmol x 18 kg/kmol

= 8,0178 kg

= H2O terbentuk (1) + H2O terbentuk (2) = 413,9728 kg

O2 mula-mula O2 bereaksi

O2 terbentuk (2)

+ 8,0178 kg

= 421,9906 kg

= O2 terbentuk (1)

= 23,4439 kmol

= 37,1007 kmol x 32 kg/kmol

= 1187,225 kg

= 5/2 x 0,4454 kmol

= 1,1135 kmol

= 1,1135 kmol x 32 kg/kmol

= 35,6347 kg

= 23,4439 kmol - 1,1135 kmol

= 22,3303 kmol

= 22,3303 kmol x 32 kg/kmol

= 714,5708 kg

NERACA MASSA REAKTOR -01 neraca massa reaktor stage 1

MASUK

KELUAR

C3H6

984,644819

0

C3H8

4,97523794

4,975237945

O2

1500,41115

728,8247172

N2

4938,85338

4938,853376

Universitas Sumatera Utara

CO2

19,59912068

CH3COOH

26,72607365

H2O

421,9906366

C3H4O

1287,915423

TOTAL

7428,88459

7428,884585

1. REAKTOR -02 Fungsi : Mereaksikan C3H4O dan O2 untuk menghasilkan C3H4O2

265 OC

R-02

C3H4O O2

Reaksi : C3H4O

+

1/2O2 ------------> C3H4O2

C3H4O mula – mula

= 22,9984 kmol

C3H4O bereaksi

= 99,52% x C3H4O mula – mula = 0,9952 x 22,99849 kmol = 22,8881 kmol

C3H4O sisa

= C3H4O mula – mula - C3H4O bereaksi = (22,99849 – 22,8881) kmol = 0,1103 kmol = 0,1103 kmol x 56 kg/kmol = 6,1819 kg

O2 mula – mula

= O2 sisa dari R-01

Universitas Sumatera Utara

=22,7757 kmol = 22,7757 kmol x 32 =728,8247 kg O2 bereaksi

= 1/2 x C3H6 bereaksi kmol = 1/2 x 22,7757 kmol = 11,4072 kmol = 11,4072 kmol x 32 = 365,032 kg

O2 sisa

= (O2 mula-mula – O2 bereaksi kmol = 22,7757 – 11,4072

= 11,3685 kmol

= 11,3685 kmol x 32 kg/kmol = 363,7927 kg C3H4O2 terbentuk

= 1 x C3H4O bereaksi = 22,8145 kmol = 22,8145 x 72 = 1642,644 kg

NERACA MASSA REAKTOR -02 KOMPONEN

MASUK

KELUAR

C3H6

0

0

C3H8

4,9752

4,97523

CO2

19,5991

19,5991

O2

728,8247

363,7926

N2

4938,8533

4938,853

26,7260

26,7260

421,9906

421,9906

1287,9154

10,3033

CH3COOH H2O C3H4O C3H4O2 TOTAL

1642,6441 7428,8845

7428,8845

Universitas Sumatera Utara

2. Absorber (AB-01) Fungsi

:Penyerapan fasa gas dari produk asam akrilat

Blok diagram

:

13 W4 W6 12 AB-01

18 W8a

W3 11

19 W8

Komposisi Aliran Gas Produk Reaktor (W11) KOMPONEN

KMOL

KG

C3H6

0

0

C3H8

0,1130

4,9752

CO2

0,4454

19,5991

O2

11,3685

363,7926

N2

176,3876

4938,8533

0,4454

26,7260

23,4439

421,9906

0,1839

10,3033

C3H4O2

22,81450

1642,6441

TOTAL

235,2024

7428,8845

CH3COOH H2O C3H4O

Kondisi operasi

:

Temperatur, T

= 62 oC

= 335 K

Tekanan, P

= 1,0 bar

= 0,9869 atm

Basis 1 jam Menentukan Ls, Gs G1

= Total kmol = 235,2024 Kmol

y1

= kmol Asam Akrilat / Total kmol gas

Universitas Sumatera Utara

= 22,81450178 / 235,2024988 = 0,0969

Y1 =

y1 ...................................................... ( pers 8.5 Treybal ) 1 - y1

0,09699 = 0.10741 1 − 0,09699

Y1

=

Gs

= 235,2024 ( 1- 0.09699) = 212,3879 kmol

kelarutan Asam Akrilat = 98,3%

(US Patent 7.109.372 B2 )

dimana 100% - 98,3% = 1,70% Y2

= 1,70% x Y1 = 1,70% x 0,1074 =0,0018

x2

= 0 (tidak ada Asam Akrilat pada liquid input) X2 =

x2 1 − x2

X2 = 0 Pada T = 62oC , PT = 1 bar Harga p (vapor Pressure ) ditentukan dengan persamaan Antoinne : ln P = A -

B ………………………………(from JM. Smith, T+C

page 198) Senyawa

A

B

C

C3H4O2

2,69607

621,275

-121,929

Didapat harga p

Universitas Sumatera Utara

Ln P = 2,69607 -

621,275 (62,9 + 273,15) + (-121,929)

P = 0.8027 bar y* = mx…………………………………………( pers 8.2 Treybal) m =

P 0,8127 = = 0.8027 PT 1

Dari grafik didapat harga X1 = 0.15114 Maka Ls =

G s (Y1 − Y2 ) ......................................................................( Pers 8.9Treybal) (X 1 − X 2 )

Ls = 163,1723 kmol/jam = 2959,0933 kg/jam (W8a)

H2O total

Y1

0,107418979

Kmol/kmol

X1

0,137441498

Kmol/kmol

Y2

0,001826123

Kmol/kmol

X2

0

Kmol/kmol

Gs

326,7507646

Kmol

Ls

163,1723

Kmol

= H2O keluar reaktor + Ls = (23,4439 + 163,1723) kmol = 186,6162 kmol = 186,6162 kmol x 18 kg/kmol = 3359,0938 kg

Biasanya, senyawa hidrokarbon relatif tidak larut dalam air ( Richard M. Felder, Elementary Principle of Chemical Process, 2nd Edition Page 249 ). Dalam proses ini, senyawa – senyawa seperti propena, propane, tidak dapat larut dalam air, sedangkan senyawa lain seperti O2, N2, CO2, dan Akrolein terlalu kecil kelarutannya terhadap air, maka konsentrasinya dalam air dapat diabaikan. Jadi, diasumsikan hanya 3 senyawa yang terabsorb oleh air, yaitu H2O, asam asetat dan asam akrilat (C3H4O2).

Universitas Sumatera Utara

Perhitungan terhadap tiga senyawa tersebut ditunjukkan pada table berikut komponen

kmol

H2O

kg

fraksi

186,6162

3359,0933

0,8891

CH3COOH

0,44543

26,7260

0,0021

C3H4O2

22,8145

1642,6441

0,1087

209,8762

5028,4635

1

Perhitungan jumlah Asam Asetat dan H2O yang terabsorbsi dilakukan dengan menggunakan hukum Raoult. Pi*

= Pi . Xi

(from Robert E. Treybal,’ Mass Transfer Operations’, page 278,eq.8.1)

P*

= yi* . Pt

(from Robert E. Treybal,’ Mass Transfer Operations’, page 279,eq.8.2)

Keterangan

:

Pi*

: tekanan uap parsial

Pi

: tekanan uap zat i pada temperatur tertentu

Xi

: fraksi mol zat i dalam fasa liquid

Pt

: tekanan total

yi*

: fraksi mol zat i dalam fasa gas

Harga P ( vapor pressure ) pada suhu T ditentukan dengan persamaan Antoine :

ln P = A -

SENYAWA

B T+C

(from JM. Smith, page 198)

A

B

C

propilen (C3H6)

3,7949

795,819

-24,884

propana (C3H8)

4,5368

1149,36

-24,906

oksigen (O2)

3,9523

340,024

-4,144

steam (H2O)

5,2039

1733,92

-39,485

nitrogen (N2)

3,7362

264,65

-6,788

akrolein (C3H4O)

4,1159

1167,88

-41,56

karbon dioksida (CO2)

6,8123

1301,67

-3,494

Universitas Sumatera Utara

asam asetat (CH3COOH)

4,6821

1642,54

-39,764

asam akrilat (C3H4O2)

2,6961

621,275

-121,93

Data Perhitungan Tekanan Uap di Absorber KOMPONEN

P

X

P* = P . X

C3H4O2

0,8027

0,1087

0,0873

H2O

0,5150

0,8892

0,4579

CH3COOH

0,4142

0,0021

0,0009

1,7320

1,0000

0,5461

Perhitungan tekanan total : Pt

= C3H4O2 + H2O + CH3COOH = 0,0873+ 0,4579+ 0,0009

Pt

= 0,5460

Perhitungan Fraksi mol gas output : P*

= y* . Pt

y*

= P* / Pt

y* H2O

=

0, 4579 = 0,4579 1

y* CH3COOH =

0, 00087 = 0,00087 1

y* C3H4O2

0, 0872 = 0,0872 1

=

Universitas Sumatera Utara

Data Perhitungan Fraksi Mol Gas Output KOMPONEN

P*

y*

steam

0,4579

0,4579

as.asetat

0,0009

0,0009

as.akrilat

0,0873

0,0873

TOTAL

0,5461

0,5461

KOMPONEN

kmol

kg

C3H6

0

0

Top Absorber (W12)

C3H8

0,1131

4,9752

O2

11,3685

363,7927

N2

176,3876

4938,8534

H2O

10,7357

193,2429

CH3COOH

0,0004

0,0235

CO2

0,4454

19,5991

C3H4O

0,1840

10,3033

C3H4O2

1,9909

143,3413

201,2256

5674,1314

total

Perhitungan Absorber: H2O bottom

= H2O input – H2O top = 3359,0933 kg – 193,2429 kg = 3165,8505 kg

Asam Asetat = CH3COOH input – CH3COOH top = 26,7260 - 0,0235 kg = 26,7026 kg Asam Akrilat = C3H4O2 input – C3H4O2 top = 1642,6441 kg – 143,3413 kg = 1499,3028 kg

Universitas Sumatera Utara

Bottom Absorber (W17) Komponen

Kmol

Air (H2O)

3165,8505

175,8806

26,7026

0,4450

1499,3028

20,8236

4691,8558

197,1493

Asam Asetat (CH3COOH) Asam Akrilat (C3H4O2) TOTAL

Kg

NERACA MASSA ABSORBER MASUK(KG) KOMPONEN

W10

KELUAR(KG)

Water

W12

W17

C3H6

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

C3H8

4,9752

0,0000

4,9752

0,0000

CO2

19,5991

0,0000

19,5991

0,0000

O2

363,7927

0,0000

363,7927

0,0000

N2

4938,8534

0,0000

4938,8534

0,0000

26,7496

0,0000

0,0235

26,7261

2560,3653

2937,1027

10,3033

0,0000

1784,6668

0,0000

143,3413 1641,3255

9709,3055

2937,1027

5674,1314 6972,2767

CH3COOH H2O C3H4O C3H4O2

total

12646,4082

193,2429 5304,2252 10,3033

0,0000

12646,4082

Universitas Sumatera Utara

3. Cooling Colomn (CC-01) Fungsi

: Menyerap C3H4O2 (as.akrilat) yang masih bisa diperoleh dari top produk absorber dengan menggunakan air.

Blok diagram

: 16 15

W5

W7 CC-01

W4 14

17W6

Komposisi Aliran Gas Dari Top Absorber (W12) KOMPONEN

KMOL

KG

C3H6

0,0000

0,0000

C3H8

0,1131

4,9752

CO2

0,4454

19,5991

O2

11,3685

363,7927

N2

176,3876

4938,8534

0,0004

0,0235

10,7357

193,2429

C3H4O

0,1840

10,3033

C3H4O2

1,9909

143,3413

201,2256

5674,1314

CH3COOH H2O

TOTAL

Kondisi operasi

:

Temperatur, T

= 40 oC

Tekanan, P

= 1 bar

= 313 K

Basis 1 jam Menentukan Ls, Gs

Universitas Sumatera Utara

G1

= 201,2256 kmol

y1

= Asam Akrilat / kmol gas = 1,9909/201,2256 = 0,0099

Y1 =

y1 ...................................................... ( pers 8.5 Treybal ) 1 - y1

0, 0098 = 0,0100 1 − 0, 0098

Y1

=

Gs

= 201,2256 ( 1- 0.0099) = 199,2347 kmol

kelarutan Asam Akrilat = 98,3%

(US Patent 7.109.372 B2 )

dimana 100% - 98,3% = 1,78 % Y2

= 1,78% x 0,0100

Y2

= 0,0002

x2

= 0 (tidak ada Asam Akrilat pada liquid input) X2 =

x2 1 − x2

X2 = 0 Pada T = 40oC , PT = 1bar Harga p (vapor Pressure ) ditentukan dengan persamaan Antoinne : ln P = A -

B ……………………… (from JM. Smith, page 198) T+C

Senyawa

A

B

C

C3H4O2

2,69607

621,275

-121,929

Didapat harga p Ln P = 2,69607 -

621,275 (40,6 + 273,15) + (-121,929)

Universitas Sumatera Utara

P = 0,5738 bar y* = mx…………………………………………( pers 8.2 Treybal)

m =

0,57969 P = = 0,5738 1 PT

Dari grafik didapat harga X1 = 0,0315

Maka Ls =

G s (Y1 − Y2 ) ......................................................................( Pers 8.9Treybal) (X 1 − X 2 )

Ls = 111,4565kmol = 2006,2167kg

H2O total

Y1

0,009938

Kmol/kmol

X1

0,0175441

Kmol/kmol

Y2

0,0001778

Kmol/kmol

X2

0,00000

Kmol/kmol

Gs

306,51499

Kmol

Ls

111,4565

Kmol

= H2O top absorber + Ls = (16,5164 + 171,4715) kmol = 187,9879 kmol = 187,9879 kmol x 18 kg/kmol = 3383,7839 kg

Biasanya, senyawa hidrokarbon relatif tidak larut dalam air ( Richard M. Felder, Elementary Principle of Chemical Process, 2nd Edition Page 249 ). Dalam proses ini, senyawa – senyawa seperti propilen, propane, tidak dapat larut dalam air, sedangkan senyawa lain seperti O2, N2, CO2, dan Akrolein terlalu kecil kelarutannya terhadap air, maka konsentrasinya dalam air dapat diabaikan. Jadi, diasumsikan hanya 3 senyawa yang terabsorb oleh air, yaitu H2O, asam asetat dan asam akrilat (C3H4O2).

Universitas Sumatera Utara

Perhitungan terhadap tiga senyawa tersebut ditunjukkan pada table berikut komponen

Kmol

Kg

Fraksi mol

H2O

187,9879979

3383,783962

0,983965306

CH3COOH

0,000602438

0,03614626

3,15327E-06

C3H4O2

3,062849155

220,5251392

0,016031541

Total

191,0514495

3604,345247

1

Perhitungan jumlah Asam Asetat dan H2O yang terabsorbsi dilakukan dengan menggunakan hukum Raoult. Pi*

= Pi . Xi

(from Robert E. Treybal,’ Mass Transfer Operations’, page 278,eq.8.1)

P*

= yi* . Pt

(from Robert E. Treybal,’ Mass Transfer Operations’, page 279,eq.8.2)

Keterangan

:

Pi*

: tekanan uap parsial

Pi

: tekanan uap zat i pada temperatur tertentu

Xi

: fraksi mol zat i dalam fasa liquid

Pt

: tekanan total

yi*

: fraksi mol zat i dalam fasa gas

Harga P ( vapor pressure ) pada suhu T ditentukan dengan persamaan Antoine :

ln P = A -

SENYAWA

B T+C

(from JM. Smith, page 198)

A

B

C

propilen (C3H6)

3,7949

795,819

-24,884

propana (C3H8)

4,5368

1149,36

-24,906

oksigen (O2)

3,9523

340,024

-4,144

steam (H2O)

5,2039

1733,926

-39,485

nitrogen (N2)

3,7362

264,651

-6,788

akrolein (C3H4O)

4,1159

1167,888

-41,56

karbon dioksida (CO2)

6,8123

1301,679

-3,494

Universitas Sumatera Utara

asam asetat (CH3COOH)

4,6821

1642,54

-39,764

asam akrilat (C3H4O2)

2,6961

621,275

-121,93

Perhitungan vapor presure pada Asam Akrilat: P

= A−

B T −C

= 2, 6961 −

621, 275 313K − (−121,93)

= 0,5738 mmHg

Data Perhitungan Tekanan Uap di Cooling Colomn KOMPONEN

P

X

P* = P . X

C3H4O2

0,5738

0,0160

0,0092

H2O

0,3213

0,9840

0,3161

CH3COOH

0,2647

0,0000

0,0000

1,1597

1,0000

0,3253

Perhitungan tekanan total : Pt

= 0,00919921 + 0,31610433 + 8,3453 x 10-7

Pt

= 0,325304

Perhitungan Fraksi mol gas output : P*

= y* . Pt

y*

= P* / Pt

y* H2O

=

0,3161 = 0,9717 0,3253

y* CH3COOH =

0, 0000 =0 0,3253

y* C3H4O2

0, 00919 = 0,0283 0,3253

=

Data Perhitungan Fraksi Mol Gas Output

Universitas Sumatera Utara

komponen

P*

y*

H2O

0,3161

0,3161

CH3COOH

0,0000

0,0000

C3H4O2

0,0092

0,0092

0,3253

0,3253

Total

Top Cooling Colomn(W14) KOMPONEN

kmol

kg

C3H6

0,0000

0,0000

Propana (C3H8)

0,1131

4,9752

Oksigen (O2)

11,3685

363,7927

Nitrogen (N2)

176,3876

4938,8534

Air (H2O)

3,3936

61,0849

Asam asetat (CH3COOH)

0,0000

0,0000

Karbon Dioksida (CO2)

0,4454

19,5991

Akrolein (C3H4O)

0,1840

10,3033

Asam Akrilat (C3H4O2)

0,0183

1,3186

191,9106

5399,9273

total

Perhitungan Bottom Cooling Colomn H2O bottom

= H2O input – H2O top = 2199,4596 kg – 61,0849 kg = 2138,3747 kg

Asam Asetat = CH3COOH input – CH3COOH top = 0,0235 kg – 0 kg = 0,0235 kg Asam Akrilat = C3H4O2 input – C3H4O2 top = 143,3413 kg – 1,3186 kg = 142,0227 kg

Bottom Cooling Colomn (W15)

Universitas Sumatera Utara

Komponen

Kmol

Air (H2O)

118,7986

2138,3747

Asam Asetat (CH3COOH)

0,0004

0,0235

Asam Akrilat (C3H4O2)

1,9725

142,0227

120,7715

2280,4209

TOTAL

Kg

NERACA MASSA COOLING COLOMN MASUK(KG) KOMPONEN

W12

KELUAR(KG)

W13

W14

W15

C3H6

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

C3H8

4,9752

0,0000

4,9752

0,0000

CO2

19,5991

0,0000

19,5991

0,0000

O2

363,7927

0,0000

363,7927

0,0000

N2

4938,8534

0,0000

4938,8534

0,0000

0,0235

0,0000

0,0000

0,0235

H2O

193,2429

2006,2167

61,0849

2138,3747

C3H4O

10,3033

0,0000

10,3033

0,0000

C3H4O2

143,3413

0,0000

1,3186

142,0227

5674,1314

2006,2167

5399,9273

2280,4209

CH3COOH

total

7680,3482

7680,3482

4. KOLOM DESTILASI-01

Universitas Sumatera Utara

Fungsi : Memisahkan H2O dan Asam Asetat dari campuran Asam Akrilat Gambar : 19

18

20

22

24 23 25

Asumsi : Komponen terdistribusi - Kondisi Feed

: Bubble Point

- Kondisi Bottom

: Bubble Point

- Kondisi Top

: Dew Point

Komposisi Bahan Masuk KD-01 KOMPONEN

kg/jam

kmol/jam

fraksi mol (Xf)

H2O

5304,2252

294,6792

0,9269

CH3COOH

26,7261

0,4454

0,0014

C3H4O2

1641,3255

22,7962

0,0717

TOTAL

6972,2767

317,9208

1

 B  o Persamaan Antoine : ln Pi = A -   , dimana P = Bar, T = K T + C  Kondisi operasi umpan masuk KD-01 : P = 1 bar

= 0,9869 atm

T = 107 oC

= 380,15 oK

KOMPONEN

A

B

C

Universitas Sumatera Utara

H2O

5,2039

1733,926

-39,485

CH3COOH

4,6821

1642,54

-39,764

C3H4O2

2,6961

621,275

-121,929

KOMPONEN

Pi

Xf

P

Ki = Pi/P

Yi = Ki . Xi

H2O

1,1208

0,9269

1,1208

1,1208

1,0389

CH3COOH

0,8664

0,0014

0,8664

0,8664

0,0012

C3H4O2

1,3366

0,0717

1,3366

1,3366

0,0958 1,1359

TOTAL

Dengan menggunakan metode Hengtebeck’s Diketahui : Light Key Heavy Key

: H2O : Asam Asetat (CH3COOH)

Distribusi Light Key 99,5 % dan Heavy Key 99,5 %  Diinginkan 99,5 % H2O keluar dari Top KD-01 Light Key

= [ x .H2O]D = 99,5 % x 294,6792 kmol = 293,2058kmol = [ x . H2O]B = 0,5 % x 294,6792 kmol = 1,4734kmol

log

 293, 2058  XD = log   = 2,2989 XB  1, 4734 

 Diinginkan 99,5 % Asam Asetat keluar dari Bottom KD-01 Heavy Key

= [ x . CH3COOH]D = 0,5 % x 0,4454 kmol = 0,4432kmol = [ x . CH3COOH]B = 99,5 % x 0,4454 kmol = 0,0022 kmol

log

 0, 0022  XD = log   = -2,29885 XB  0, 4432 

 Relative Volatility (α), yaitu : α (H2O / CH3COOH)

=

K ( H 2 O) K (CH 3 COOH )

=

1,1208 0,8663

= 1,2936

Universitas Sumatera Utara

log α (H2O / CH3COOH )

= log (1,2936) = 0,1118

α (CH3COOH/ CH3COOH)

= =

log α (CH3COOH/ CH3COOH)

K (CH 3 COOH ) K (CH 3 COOH ) 0,8663 0,8663

=1

= log (1) =0

Untuk Asam Akrilat, karena memiliki titik didih yang jauh dari asam asetat sebagai heavy key, maka asam akrilat diasumsi seluruhnya menjadi bottom produk.  Komposisi aliran top (W19) ( P = 1,06 atm = 1,08 bar ; T = 105oC = 378,15 oK ) K= KOMPONEN

kmol/jam

Yi

Pi

Pi/P

Xi = Yi/Ki

kg/jam

H2O

293,2058

1,0000

1,0800

1,0000

0,9999

5277,704

CH3COOH

0,0022

0,0000

0,8364

0,7745

0,0000

0,1336

C3H4O2

0,0000

0,0000

1,3060

1,2092

0,0000

0,0000

TOTAL

293,2080

1,0000

1,0000

5277,837

Komposisi aliran Bottom (W23) ( P = 0,9869 atm = 1 bar ; T = 107 oC = 380,15 oK ) KOMPONEN kmol/jam

Xi

Pi

K = Pi/P

Yi = Xi.Ki

kg/jam

H2O

1,4734

0,0596

1,1208

0,9784

0,0583

26,5211

CH3COOH

0,4432

0,0179

0,8664

0,8664

0,0155

26,5924

C3H4O2

22,7962

0,9224

1,3366

1,3366

1,2329

1641,3255

TOTAL

24,7128

1,0000

1,3068

1694,4391

NERACA MASSA KOLOM DESTILASI-01 (KD-01)

Universitas Sumatera Utara

INPUT KOMPONEN

OUTPUT

ALIRAN

ALIRAN

ALIRAN

18

19

23

H2O

5304,2252

5277,7040

26,5211

CH3COOH

26,7261

0,1336

26,5924

C3H4O2

1641,3255

0,0000

1641,3255

5277,8377

1694,4391

TOTAL

6972,2767

6972,2767

5. CONDENSER (CD-01) Fungsi : Mengembunkan produk top KD-01 Gambar : V

20

19

9

10

D

11 22 L

Keterangan : V

: Aliran Uap KD-01

L

: Aliran Refluks KD-01

D

: Aliran Destilat

Kondisi Uap kondenser : P = 1,06 atm = 1,08 bar T = 104,537 oC = 377,687 oK Neraca bahan total di enriching section, dimana : V = L + D R = Lo / D

(eq. 9.49 treyball)

V = RxD + D = (R + 1)x D D = 293,208 kmol Dari perhitungan spesifikasi peralatan didapatkan nilai R = 0,35 V = L + D = (R + 1). D

Universitas Sumatera Utara

= (0,35 + 1) x 451,0892 kmol = 395,8308 kmol L = R x D = 0,35 x 293,2080 kmol = 102,6228 Kmol  Komposisi Feed Condenser-01 (W19), V KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

1,0000

395,8278

7124,9004

CH3COOH

0,0000

0,0030

0,1804

TOTAL

0,0000

0,0000

0,0000

 Komposisi Refluks Condenser, L (W22) KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

1,0000

102,6220

1847,1964

CH3COOH

0,0000

0,0008

0,0468

C3H4O2

0,0000

0,0000

0,0000

TOTAL

1,0000

102,6228

1847,2432

 Komposisi Uap dari CD-01, D (W20) KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

1,0000

293,2058

5277,7040

CH3COOH

0,0000

0,0022

0,1336

C3H4O2

0,0000

0,0000

0,0000

TOTAL

1,0000

293,2080

5277,8377

 Overall Neraca Bahan Condenser (CD-01) KOMPONEN

INPUT

OUTPUT (kg/jam)

ALIRAN

ALIRAN

ALIRAN

19

22

24

H2O

7124,9004

1847,1964

5277,7040

CH3COOH

0,1804

0,0468

0,1336

C3H4O2

0,0000

0,0000

0,0000

Universitas Sumatera Utara

7125,0808

TOTAL

1847,2432

5277,8377

7125,0808

6. REBOILER (RB-01) Fungsi : Untuk mempertahankan temperatur produk bottom KD-01 Gambar :

V*

24 14 23 L*

12

25 13 B*

Keterangan : V* : Aliran vapor RB-01 L* : Aliran Refluks RB-01 B* : Aliran Bottom Produk RB-01

Kondisi Uap kondenser : P = 1 atm = 1,0132 bar T = 107 oC = 380,15 oK Feed masuk pada kondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1 Sehingga : L* = F + L V* = V + ( q – 1 ) x F

(eq. 9.49 treyball)

Neraca Total : B* = L* - V Dimana : L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-01 F = Komponen feed KD-01 L = Komponen Refluks V = Feed CD-01

Universitas Sumatera Utara

Dari perhitungan : F = 1401,18859 kmol L = 443,4494 kmol V = 1710,4478 kmol Bahan pada feed RB-01 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + L = 317,9208 + 102,6228 = 420,5436 kmol

Bahan pada Vapor RB-01, V* V* = V + ( q – 1 ) x F = 395,8308 kmol

Bahan pada Bottom RB-01, B* B* = L* - V* = 420,5436 - 395,8308 = 24,7128 kmol  Komposisi Feed Reboiler -01 (RB-01), L*(W23) KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,0596

25,0731

451,3165

CH3COOH

0,0179

7,5422

452,5301

C3H4O2

0,9224

387,9283

27930,8371

TOTAL

1,0000

420,5436

28834,6837

 Komposisi Refluks Reboiler -01 (RB-01), V*(W24) KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,0596

23,5997

424,7954

CH3COOH

0,0179

7,0990

425,9377

C3H4O2

0,9224

365,1321

26289,5116

TOTAL

1,0000

395,8308

27140,2446

 Komposisi Bottom Produk, B* (W25)

Universitas Sumatera Utara

KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,0596

1,4734

26,5211

CH3COOH

0,0179

0,4432

26,5924

C3H4O2

0,9224

22,7962

1641,3255

TOTAL

1,0000

24,7128

1694,4391

 Neraca Bahan Reboiler (RB-01) KOMPONEN

INPUT

OUTPUT (kg/jam)

ALIRAN 23

ALIRAN 24

ALIRAN 25

H2O

451,3165

424,7954

26,5211

CH3COOH

452,5301

425,9377

26,5924

C3H4O2

27930,8371

26289,5116

1641,3255

TOTAL

28834,6837

27140,2446

1694,4391

28834,6837

7. KOLOM DESTILASI (KD-02)

Universitas Sumatera Utara

Fungsi : Memisahkan H2O dan Asam Asetat dari campuran Asam Akrilat Gambar : 26

25

29

27

31 30

32

Asumsi : Komponen terdistribusi - Kondisi Feed

: Bubble Point

- Kondisi Bottom

: Bubble Point

- Kondisi Top

: Dew Point

Komposisi Bahan Masuk KD-02 (W25) KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,0596

1,4734

26,5211

CH3COOH

0,0179

0,4432

26,5924

C3H4O2

0,9224

22,7962

1641,3255

TOTAL

1,0000

24,7128

1694,4391

 B  o Persamaan Antoine : ln Pi = A -   , dimana P = Bar, T = K T + C 

Kondisi operasi umpan masuk KD-02 : P = 1,3 bar = 1,28 atm T = 106,923 oC = 380,072 oK

Universitas Sumatera Utara

KOMPONEN

A

B

C

H2O

5,2039

1733,926

-39,485

CH3COOH

4,6821

1642,54

-39,764

C3H4O2

2,6961

621,275

-121,929

KOMPONEN

Xi

Pi

Ki = Pi/P

Yi = Ki.Xi

H2O

0,0596

1,1208

0,9784

0,0583

CH3COOH

0,0179

0,8664

0,8664

0,0155

C3H4O2

0,9224

1,3366

1,3366

1,2329

TOTAL

1,0000

3,3238

1,3068

Dengan menggunakan metode Hengtebeck’s Diketahui : Light Key Heavy Key

: Asam Asetat : Asam Akrilat (C3H4O2)

Distribusi Light Key 99,5 % dan Heavy Key 99,5 %  Diinginkan 99,5 % Asam Asetat keluar dari Top KD-02 Light Key = [ x . CH3COOH]D = 99,5 % x 0,4432 kmol = 0,4410 kmol = [ x . CH3COOH]B = 0,5 % x 0,4432 kmol = 0,0022 kmol Y = log

 0, 4432  XD = log   = 2,29885 XB  0, 0022 

 Diinginkan 99,5 % Asam Akrilat keluar dari Bottom KD-02 Heavy Key = [ x . C3H4O2]D

= 0,5 % x 22,7962 kmol = 0,1140 kmol

= [ x . C3H4O2]B

= 99,8 % x 22,7962 kmol = 22,6822 kmol

Y = log

 0,1140  XD = log   = -2.29885 XB  22, 6822 

 Untuk distribusi komponen lain (non-key)

Universitas Sumatera Utara

α (H2O / C3H4O2) =

K ( H 2O ) K (C3 H 4O2 )

=

0,9784 1,3366

= 0,7320 log α (H2O / C3H4O2)

= log (0,7320) = -0,1354

α (CH3COOH / C3H4O2)

K (CH 3 COOH ) K (C 3 H 4 O2 )

=

= 0,6482 log α (CH3COOH / CH3COOH)

=log ( 0,6482) = -0,1883

α (C3H4O2 / C3H4O2)

=

K (C3 H 4O2 ) K (C3 H 4O2 )

=

1,3366 1,3366

=1 log α (H2O / C3H4O2)

= log (1) =0

KOMPONEN

X = log α

Y = log (iD/iB)

X.Y

X2

CH3COOH

-0,1883

2,2989

-0,4328

0,0355

C3H4O2

0,0000

-2,2989

0,0000

0,0000

TOTAL

-0,1883

0,0000

-0,4328

0,0355

Dengan dibuat grafik, maka didapat persamaan linier Y = a. X + b dimana ;

a = slope

= -24,39784

b = intercept = -2,29885 maka ;

Y = -24,39784 X = -2,29885

Universitas Sumatera Utara

Komponen H2O

X = log α (ik)

Y = log (iD/iB)

-0,1354

1,00942

Sehingga, Log (H2O)D / (H2O)B

= 1,00942

(H2O)D / (H2O)B

= 10,2195

(H2O)D

= (10,2195). (H2O)B

(H2O)D + (H2O)B

= 2,2667

……

(1)

Dari persamaan (1) dan (2), didapat : (H2O)B

= 0,2020 kmol

(H2O)D

= 2,0647 kmol

Komposisi aliran Top KD-02 P = 1,03

= 1,05 bar

T = 116 oC

= 389,15 K Ki =

KOMPONEN kmol/jam

Xi

Pi

Pi/P

Yi = Xi/Ki

kg/jam

H2O

1,3413

0,7072

1,2777

1,2169

0,5812

24,1573

CH3COOH

0,4410

0,2325

0,9811

0,9343

0,2489

26,4595

C3H4O2

0,1143

0,0603

1,4494

1,3804

0,0437

8,2066

TOTAL

1,8966

1,0000

0,8737

58,8234

Komposisi aliran Bottom (W30) ( P = 1,4 atm = 1,5 bar ; T = 120,449 oC = 393,599 oK ) KOMPONEN kmol/jam

Yi

Pi

Ki = Pi/P

Xi = Ki.Yi

kg/jam

H2O

0,1312

0,0057

1,3514

0,9010

0,0052

2,3638

CH3COOH

0,0022

0,0001

1,0347

0,6898

0,0001

0,133

C3H4O2

22,7552

0,9942

1,5000

1,0000

0,9941

1633,12

TOTAL

22,8886

1,0000

0,9994

1635,62

Universitas Sumatera Utara

NERACA MASSA KOLOM DESTILASI-02 (KD-02)

KOMPONEN

INPUT (kg/jam) Aliran 25

OUTPUT (kg/jam) TOP

BOTTOM

Aliran 26

Aliran 30

H2O

26,5211

24,1573

2,3638

CH3COOH

26,5924

26,4595

0,1330

C3H4O2

1641,3255

8,2066

1633,1189

58,8234

1635,6157

TOTAL

1694,4391

1694,4391

8. CONDENSER (CD-02) Fungsi : Mengembunkan produk top KD-02 Gambar :

26

27

V 15

16

D

29 17

L

Keterangan : V

: Aliran Uap KD-02

L

: Aliran Refluks KD-02

D

: Aliran Destilat

Kondisi Uap kondenser : P = 1,036 atm = 1,05 bar T = 116 oC = 398,15oK Neraca bahan total di enriching section, dimana : V = L + D R = Lo / D

(eq. 9.49 treyball)

V = RxD + D = (R + 1)x D ;D

= 395,8308kmol

Dari perhitungan spesifikasi peralatan didapatkan nilai R = 15,5

Universitas Sumatera Utara

V = L + D = (R + 1). D = (15,5 + 1) x 2,9185 kmol = 48,1557 kmol L = R x D = 0,35 x 293,2080 kmol = 102,6228 kmol  Komposisi Feed Condenser-02 (W26), V KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,7075

22,1442

398,5952

CH3COOH

0,2325

7,2764

436,5814

C3H4O2

0,0601

1,8807

135,4094

TOTAL

1,0000

31,3012

970,5860

 Komposisi Refluks,(W29), L KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,7075

20,8021

374,4379

CH3COOH

0,2325

6,8354

410,1220

C3H4O2

0,0601

1,7667

127,2027

TOTAL

1,0000

29,4042

911,7626

 Komposisi Uap dari CD-02,(W27) D KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,7075

1,3421

24,1573

CH3COOH

0,2325

0,4410

26,4595

C3H4O2

0,0601

0,1140

8,2066

TOTAL

1,0000

1,8970

58,8234

Universitas Sumatera Utara

 Neraca Bahan Condenser (CD-02) INPUT (kg/jam)

KOMPONEN

OUTPUT (kg/jam)

(W26)

L(W29)

D(W27)

H2O

398,5952

374,4379

24,1573

CH3COOH

436,5814

410,1220

26,4595

C3H4O2

135,4094

127,2027

8,2066

970,5860

911,7626

58,8234

TOTAL

970,5860

9. REBOILER (RB-02) Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD-02 Gambar :

V*

31 19 30 L*

18

32 20 B*

Keterangan : V* : Aliran vapor RB-02 L* : Aliran Refluks RB-02 B* : Aliran Bottom Produk RB-02 Kondisi Uap kondenser : P = 1,48 atm = 1,5 bar T = 120 oC = 393,15 oK

Feed masuk pada kondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1 Sehingga : L* = F + L V* = V + ( q – 1 ) x F

(eq. 9.49 treyball)

Neraca Total : B* = L* - V

Universitas Sumatera Utara

Dimana : L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-02 F = Komponen feed KD-02 L = Komponen Refluks V = Feed CD-02

Dari perhitungan : F = 134,1901 kmol L = 54,1170 kmol V = 31,3012 kmol Bahan pada feed RB-02 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L = 24,7128 Kmol + 29,4042 = 54,1170 kmol Bahan pada Vapor RB-02, V* V* = V + ( q – 1 ) x F = 31,3012 Kmol Bahan pada Bottom RB-02, B* B* = L* - V* = 54,1170 - 31,3012 = 22,8157 kmol  Komposisi Feed Reboiler -02 (W30), L* KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,0058

0,3115

5,6068

CH3COOH

0,0001

0,0053

0,3154

C3H4O2

0,9941

53,8002

3873,6159

TOTAL

1,0000

54,1170

3879,5381

Universitas Sumatera Utara

 Komposisi Refluks Reboiler -02 (W31),V* Komponen

XB

Kmol

Kg

H2O

0,0058

0,1802

3,2430

CH3COOH

0,0001

0,0030

0,1824

C3H4O2

0,9941

31,1180

2240,4970

Total

1,0000

31,3012

2243,9224

 Komposisi Bottom Produk(W32), B* KOMPONEN

Xi

kmol/jam

kg/jam

H2O

0,0058

0,1313

2,3638

CH3COOH

0,0001

0,0022

0,1330

C3H4O2

0,9941

22,6822

1633,1189

TOTAL

1,0000

22,8157

1635,6157

 Overall Neraca Bahan Reboiler (RB-02) KOMPONEN

OUTPUT (kg/jam)

INPUT (kg/jam) (W30)

V*(W31)

B*(W32)

H2O

5,6068

3,2430

2,3638

CH3COOH

0,3154

0,1824

0,1330

C3H4O2

3873,6159

2240,4970

1633,1189

3879,5381

2243,9224

1635,6157

TOTAL

3879,5381

10. EVAPORATOR (EV-01) Fungsi : Menguapkan air sisa yang terdapat dalam produk Gambar : W33

W32

W35

Universitas Sumatera Utara

KOMPONEN

KMOL

KG

CH3COOH

0,0022

0,1330

H2O

0,1312

2,3625

22,7552

1638,3732

22,8886

1640,8686

C3H4O2

Keterangan : W20

: Aliran keluar Reboiler (R-02) masuk Evaporator (EV)

W21

: Aliran keluar Evaporator (EV) sisa air pencuci diuapkan.

W22

: Aliran keluar Evaporator (EV) menuju Tangki-01 (T-01)

Kondisi operasi : T = 130 oC P = 1 atm Maksimum penguapan : 70 % - 85 % (Kern, D.Q, ”Process Heat Transfer ”, 1965. Hal 454) Asumsi 78% air menguap Komponen masuk EV -01

H2O teruapkan

= 85% x 2,3625 kg = 2,0081 kg

H2O sisa

= 2,3625 kg – 2,0081 kg = 0,3544 kg

Universitas Sumatera Utara

Neraca massa Evaporator (EV -01) komponen

masuk

keluar

aliran

aliran

Aliran

32

33

35

kmol

kg

kmol

CH3COOH

0,0022

0,1330

0,0019

0,1130

0,0022

0,1330

H2O

0,1312

2,3625

0,1116

2,0081

0,0197

0,3544

22,7552

1638,3732

22,7552

1638,3732

22,7771

1638,8605

C3H4O2

0,1134 22,8886

1640,8686

22,8886

kg

kmol

2,1211

kg

1640,8686

Universitas Sumatera Utara

LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas

: 13.000 ton/tahun

Operasi Pabrik

: 330 hari/tahun

Basis Perhitungan

: 1 Jam operasi

Temperatur Referensi : 25oC Satuan Panas

: Kilo Joule (kJ)

Panas yang dihitung pada neraca panas ini. meliputi :  Panas sensibel. yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur. Q = n.Cp .ΔT dengan : ΔT = T - To Q : Panas sensibel yang dihasilkan/dikeluarkan. kJ. Cp : Kapasitas panas. kJ/kmol.K. n

: Mol senyawa. kmol.

To : Temperatur referensi. 25oC. T : Temperatur senyawa. oC. Keterangan : T

C p .∆T = ∫ C p dT To

  = ∫  A + B.T 2 + CT 3 + DT 4  dt  To  T

= A (T − To ) +

B 2

(T − To )2

+

C 3

(T − To )3 + D4 (T − To )4

 Panas laten. yang dihitung apabila terdapat perubahan fase. Q = n.ΔHv dengan :

Q : Panas laten senyawa. kJ. n

ΔHv

: Mol senyawa. kmol.

: Panas penguapan. kJ/kmol.

Universitas Sumatera Utara

Menghitung panas laten pada temperatur tertentu dihitung dengan menggunakan persamaan : ΔHv2=ΔHv1

 Tc − T2     Tc − Tb 

0 , 38

...............(Eq. 8.4.8. Felder&Rousseau.3thedition)

ΔHv2 = Panas laten pada temperatur T2

dengan :

ΔHv1= Panas laten pada temperatur boiling point Tb Tb

= Normal Boiling Temperature

Tc

= Temperatur Kritis

T2

= Temparatur operasi alat

 Panas reaksi. untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor. = ΔHf produk – ΔHf reaktan

ΔHR298.15 K

dengan : ΔHf = Panas pembentukan suatu senyawa pada 25oC. kJ/kmol. Untuk kondisi temperatur reaksi bukan pada 25oC. panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus : ΔHR

= ΔHR298.15K +

∑ n ∫ CpdT − ∑ n ∫ CpdT

produk

reak tan

1. REAKTOR – 01 Fungsi

:

Mereaksikan propilen dan oksigen untuk menghasilkan akrolein

5

2

Kondisi operasi

: T

4

= 320oC

= 593,15 K

o

T ref = 25 C

Universitas Sumatera Utara

P

= 3 bar

Panas yang dibawa O2 dan N2 masuk R-01 dari Furnace-01 pada T= 593,15 K Q2 = 1956765,2642 Kj Panas yang dibawa C3H6 dan C3H8 masuk R-01 dari Furnace-01 pada T = 593,15 K Q3 = 601787,3183 Q feed

= Q2 + Q3

Q feed

= 1956765,2642 + 601787,3183

Q feed

= 2558552,5825

Kj

Reaksi 1: C3H6

+

O2

---------------->

C3H4O

+

H2O

Pada T = 298,15 K Tabel LB.1 Panas yang masuk ke Reaktor 01 Komponen

N KMOL

∆Hf (kJ/kmol)

∆H produk (kJ/jam)

C3H4O

22,9985

-7092,4390

-163115,3852

H2O

22,9985

-24199,7040

-556556,6430

C3H6

22,9985

2043,1580

O2

22,9985

0,0000

ΔH

∧ o

= ∆Hr+ (





ni H i −

produk

46989,5482 0,0000



∑ ni H i ) (Eq.9.52,Felder&Rousseau2ndaedition)

reak tan

Panas pembentukan reaktan T= 298,15K Tabel LB.2 Panas pembentukan reaktan ∆Hf (kJ/kmol)

KOMPONEN n (kmol/jam) C3H6

22,9985

2043,1580

O2

22,9985

0,0000

TOTAL

45,9970

∆H reaktan (kJ/jam) 46989,5482 0,0000 46989,5482

Universitas Sumatera Utara

Panas pembentukan produk pada T= 298,15K Tabel LB.3 Panas pembentukan produk Komponen

∆Hf (kJ/kmol)

n (kmol/jam)

∆H produk (kJ/jam)

C3H4O

22,9985

-7092,4390

-163115,3852

H2O

22,9985

-24199,7040

-556556,6430

TOTAL

45,9970

-719672,0283

ΔHR1 = ΔHProduk – ΔHReaktan = -719672,0283 - 46989,5482 = -766661,5765 kj

Qr1 = ∆H reaksi 1+ (∆H produk - ∆H reaktan) Qr1 = 743764,8883

Reaksi 2: C3H6 + 5/2 O2

-------------->

CH3COOH + CO2 + H2O

Pada T = 298,15 K Tabel LB.4 Panas pembentukan Komponen

n (kmol)

∆Hf

∆Hf total (kJ)

(kJ/kmol)

C3H6

0,4454

25523,0004

910,0932

O2

1,1136

9042,4971

0,0000

CH3COOH

0,4454

25720,2358

-19382,3776

CO2

0,4454

12588,8845

17536,0816

H2O

0,4454

10301,4035

-10779,3845

Universitas Sumatera Utara

∧ o

∆Hr =

 ∧o v ∑ i  ∆ H f product 

 ∧o   − ∑ vi  ∆ H f   i reak tan 

  (Eq.9.3-1,Felder&Rousseau2ndedition)  i =

Komponen

∫ C dt

n (kmol)

Q (kJ)

p

25523,0004 C3H6

0,4454

O2

1,1136

(Δ 11368,8265

9042,4971

10069,6018

Hf Asam Aseta

CH3COOH

n dioksida

0,4454 25720,2358

11456,6819

CO2

0,4454

12588,8845

5607,5242

ΔHf

H2O

0,4454

10301,4035

4588,6011

karbo

t

+

+ ΔHf air) – (ΔHf propilen + ΔHf oksigen = (-12625,6805) – (910,0932) = -13535,7737

Pada T = 593,15 K Tabel LB.5 Panas Reaktor 01

∧ o

QR2

= ∆Hr+ (



∑nH i

produk

QR2

i





∑ n H ) (Eq.9.52,Felder&Rousseau2ndaedition) i

i

reak tan

= -766661,5765 + ((236916 + 580934,2044) – (207963,7769 +

586990,4610)) = 13321,3947

Jadi, panas reaksi total adalah QR total = ΔHR1 + ΔHR2 QR total = -757086,2829 Kj Panas yang dihasilkan oleh reaksi (Qr) = -4090706,885 kJ Panas produk dan sisa reaktan keluar Reaktor stage 1 pada T = 593,15 K Panas produk dan sisa reaktan keluar Reaktor stage 1 pada T = 593,15 K

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.6 Panas produk KOMPONEN



n(kmol)

∫ C dt p

Q5 (Kj)

C3H8

0,1131

30316,8127

3428,0308

O2

22,7758

9042,4971

205949,8565

CO2

0,4454

12588,8845

5607,5242

H2O

23,4439

10301,4035

241505,3228

N2

176,3876

8689,8504

1532782,0289

CH3COOH

0,4454

25720,2358

11456,6819

C3H4O

22,9985

25259,6676

580934,2044

TOTAL

246,6097

2581663,6497

Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi eksoterm, sehingga memerlukan sistem air pendingin untuk menjaga temperatur yang konstan.

Air pendingin yang digunakan, Tin = 30 oC = 303,15 oK.

Cp = 4,184 kJ/kg oK.

Tout = 70 oC = 343,15 oK. ∆T = 40oK Panas yang diserap pendingin Q = (Q feed) – Q4 - QR = (2558552,5825) – 2581663,6497 – (757086,2829) = 733975,2157 Kj Jumlah air yang dibutuhkan (m) m = =

Qw Cp.∆T 733975, 2157 4,840 x 40

m = 4385,6072 Kg

Universitas Sumatera Utara



Panas air pendingin masuk Reaktor -01 Qw in

= m x Cp x ΔT = 4385,6072 kg x 4,184 kJ/kg .K x (303,15 – 298,15)K = 91746,9020Kj



Panas air pendingin keluar Reaktor -01 Qw out = m x Cp x ΔT = 4385,6072 kg x 4,184 kJ/kg .K x (333,15 – 298,15)K = 825722,1177 Kj

Tabel LB.7 neraca panas Reaktor 01 Q INPUT (kJ) Q feed

Q OUTPUT (kJ)

2558552,5825 Q5

Qw in

2581663,6497

91746,9020 Qw out

Qr1

743764,8883

Qr2

13321,3947

825722,1177

3407385,7674

3407385,7674

2. FURNACE-01 Berfungsi : Sebagai pemanas dalam menaikkan temperature menjadi 320oC Kondisi operasi: T feed = 30oC T ref

= 25 oC

Q reactor

= 303 K = 298,15 K = 3407385,7675 kJ/Jam = 3229565,9 Btu/Jam

T reactor

= 320oC = 593,15 K

T tube

= 370,15oC = 645,15 K

Evisiensi Overall

= 60%

Flux panas rata-rata pada seksi radiasi

= 1200 Btu/Jam.ft2 (Kern, 1950)

Universitas Sumatera Utara

Qt

=

Qreaktor Ef .overall

=

3229565,9 60%

= 5382609,782 Btu/jam = 5382,609782 Mbtu/jam Fuel gas pada 25% excess udara , fig 1.6 evans dicatat Kebutuhan gas = =

= 1010 lb/Mbtu

Qt 1010 Mbtu / jam 5382, 609782 1010 Mbtu / jam

= 5436435,879 lb/jam = 1510,1210 lb/s

3. REAKTOR-02 Fungsi

:

Mereaksikan akrolein dan oksigen untuk menghasilkan asam akrilat. 8

6

Kondisi operasi

: T

= 265oC

P

= 3 bars

7

= 538,15 K

Universitas Sumatera Utara



Panas yang dibawa oleh produk reaktor stage 1 pada T = 593,15 K Tabel LB.8 Panas produk R 01 yang masuk ke R 02

∫ C dt p

KOMPONEN

n (kmol)

N2

Q6 (kJ)

176,3876

C3H8

8689,8504 1532782,0289

0,1131

30316,8127

3428,0308

O2

22,7758

9042,4971

205949,8565

H2O

23,4439

10301,4035

241505,3228

C3H4O

22,9985

25259,6676

580934,2044

CO2

0,4454

12588,8845

5607,5242

CH3COOH

0,4454

25720,2358

11456,6819

TOTAL

246,6097

2581663,6497

= 2581663,6497 kJ

Q5

Reaksi : C3H4O

+

1/2 O2

----------->

C3H4O2

Panas pembentukan Pada T = 298,15 K

Tabel LB.9 Panas pembentukan Komponen

∧ o

n (kmol)

∆Hf (kJ/kmol)

∆Hf total (kJ)

-33645,1248

-767596,7595

C3H4O

22,8145

O2

11,4073

0,0000

0,0000

C3H4O2

22,8145

-7092,4392

-161810,4667

∆Hr =

 ∧o v ∑ i  ∆ H f product 

 ∧o   − ∑ vi  ∆ H f  i reak tan 

  (Eq.9.3-1,Felder&Rousseau2ndedition) i

= ΔHproduk – ΔHreaktan = ΔHf Asam Akrilat – (ΔHf Akrolein + ΔHf Oksigen) = -605785,2928 Kj

Panas pembentukan Pada T = 538,15 K

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.10 Panas pembentukan Q8 Komponen

n (kmol)

∫ Cp dt (kJ/kmol)

Q7 (kJ)

C3H4O

22,8145

19747,0026

450518,0255

O2

11,4073

7295,5624

83222,3102

23623,5738 C3H4O2 ∧ o

ΔH = ∆ H r + (

22,8145 ∧

∑nH i

produk

i

538960,0673





∑n H i

i

) (Eq.9.52,Felder&Rousseau2ndaedition)

reak tan

= -600566,5612 Kj •

Panas produk dan sisa reaktan keluar reaktor stage 2 pada T = 538,15 K Tabel LB.11 Panas produk dan sisa reaktan

∫ C dt

Q8(kJ)

176,3876

7044,4534

1242554,3734

0,1131

23493,6199

2656,5079

O2

11,3685

7295,5624

82939,7577

H2O

23,4439

8318,1764

195010,6980

C3H4O

0,1840

19747,0026

3633,2099

CO2

0,4454

10030,9678

4468,1398

CH3COOH

0,4454

20119,0078

8961,7014

C3H4O2

22,8145

23623,5738

538960,0673

TOTAL

235,2025

KOMPONEN N2

n (kmol)

C3H8

p

2079184,4554

Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi eksoterm, sehingga

memerlukan

sistem air pendingin untuk menjaga temperatur yang konstan.

Air pendingin yang digunakan, Tin = 30 oC = 303,15 oK.

Cp = 4,184 kJ/kg oK.

Tout = 60 oC = 333,15 oK Panas yang diserap pendingin Q = Q6 – Q7 - ∆HR

Universitas Sumatera Utara

=2581663,6497 - 2079184,4554 – 600566,5612 = 1103045,7556 kJ

Jumlah air yang dibutuhkan (m) m =

Qw Cp.∆T

m =

1103045, 7556 4,184.30 K

= 8787,8088 kg •

Panas air pendingin masuk Reaktor-02, Qw in Qw in

= m x Cp x ΔT = 8787,8088 kg x 4,184 kJ/kg .K x (303,15 – 298,15)K = 183840,9593 kJ/Jam

• Panas air pendingin keluar Reaktor-02, Qw out Qw out = m x Cp x ΔT = 8787,8088 kg x 4,184 kJ/kg .K x (333,15 – 298,15)K =1286886,7148 kJ

Tabel LB.12 Neraca panas reaktor -02 Q INPUT (kJ)

Q OUTPUT (kJ)

Q6

2581663,6497 Q8

2079184,4554

Qw

183840,9593

1286886,7148

Qw out

in Q7

600566,5612 3366071,1702

3366071,1702

Universitas Sumatera Utara

4. FURNACE-02 Berfungsi : Sebagai pemanas dalam menaikkan temperature menjadi 265oC ke unit reactor-02 Kondisi operasi: T feed = 30oC T ref

= 303 K

= 25 oC

= 298,15 K

Q reactor

= 3366071,1702 kJ/Jam

(1 Kj = 0.947813394 Btu) = 3190407,3 Btu/Jam = 265oC

T reactor

= 593,15 K = 370,15oC

T tube

= 645,15 K Evisiensi Overall

= 60%

Flux panas rata-rata pada seksi radiasi Qt

=

Qreaktor Ef .overall

=

3190407,3 60%

= 1200 Btu/Jam.ft2 (Kern, 1950)

= 5317345,567 Btu/jam = 5317,345567 Mbtu/jam Fuel gas pada 25% excess udara , fig 1.6 evans dicatat Kebutuhan gas = =

= 1010 lb/Mbtu

Qt 1010 Mbtu / jam

5317,345567 1010 Mbtu / jam

= 5370519,023 lb/jam = 1491,81084 lb/s

Universitas Sumatera Utara

5. ABSORBER 01(AB-01) Fungsi

: Untuk melarutkan C3H4O2 ke dalam solvent sehingga membentuk larutan C3H4O2, dan memisahkan C3H4O2 dari gas produk reaktor.

Gambar : 12

10 17

16

Keterangan : Q11

= Panas sensibel fluida masuk AB-01

Q18

= Panas sensibel solvent masuk AB-01

Q13

= Panas sensibel top keluar AB- 01

Q19

= Panas sensibelbottom keluar AB-01

a. Panas sensible fluida masuk absorber, Q11 Q aliran 10,Q10,

T

=358,15 K

T ref

= 298,15 K

Tabel LB.13 Panas sensible fluida masuk absorber Komponen N2

n (kmol)



∆ H (kJ/kmol)

Q10(kJ)

176,3876

1105,2043

194944,3599

C3H8

0,1131

2954,4221

334,0671

O2

11,3685

1118,8716

12719,9157

H2O

23,4439

1281,0413

30032,6357

C3H4O

0,1840

2598,5475

478,1014

CO2

0,4454

1439,8507

641,3593

CH3COOH

0,4454

2637,4111

1174,7940

C3H4O2

22,8145

3087,9474

70449,9814

Total

235,2025

310775,2144

Universitas Sumatera Utara

b. Panas sensible solvent masuk absorber, Q aliran 18, Q18 T ref

T

= 303,15 K

= 298,15

Tabel LB.14 Panas sensible solven masuk absorber ∧

Komponen

n

∆H

Q

H2O

163,1724

168,3888

27476,3936

c. Panas pelarut Asam Akrilat, Qs dalam air HL

= 292,2450 kJ / kmol

Qs

= n . HL = 125,4797 x (292,2450) = 6667,4241 kJ

d. Panas sensible gas keluar top absorber, Q12 Q aliran 12, Q12

T

= 323,15 K

T ref

= 298,15 K

Tabel LB.15 Panas sensible gas keluar top absorber ∧

Komponen

n (kmol)

∆H

Q12 (kJ)

(kJ/kmol) N2

176,3876

775,8448

136849,4252

0,1131

2954,4221

334,0671

O2

11,3685

1118,8716

12719,9157

H2O

10,7357

1281,0413

13752,8935

C3H4O

0,1840

2598,5475

478,1014

CO2

0,4454

1439,8507

641,3593

CH3COOH

0,0004

2637,4111

1,0328

C3H4O2

1,9909

3087,9474

6147,6461

C3H8

Total

201,2256

170924,4409

e. Panas sensibel liquid keluar bottom absorber, Q19 Q aliran 19, Q19

T

= 325,15 K

T ref

= 298,15 K

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.16 Panas sensible liquid bottom absorber ∧

∆H

Komponen

n (kmol)

(kJ/k

Q17 (kJ)

mol) H2O

294,6792

911,5012

268600,4169

CH3COOH

0,4454

1855,6557

826,5732

C3H4O2

22,7962

2171,8888

49510,7837

Total

317,9208

318937,7738

Tabel LB.17 Neraca panas absorber-01 (ab-01) Q INPUT (kJ)

Q OUTPUT (kJ)

Q11

310775,2144 Q13

Q18

27476,3936 Qs

Q12

158278,0317 Q19

170924,4409 6667,4241 318937,7738

496529,6396

496529,6388

6. HEATER-01 Fungsi : Menaikkan temperatur liquid yang berasal dari absorber Gambar : 16

15

Universitas Sumatera Utara

Keterangan : Q17

= Panas sensibel fluida masuk H-03

Q18

= Panas sensibel fluida keluar H-03

Qs in

= Panas sensibel steam masuk H-03

Qs out

= Panas sensibel steam keluar H-03

a. Panas sensibel liquid keluar bottom CC-01, Q14 Q aliran 14, Q17, T

= 306,15 K

T ref = 298,15 K Tabel LB.18 Panas sensible liquid keluar bottom ∧

∆ H (kJ/kmol)

Q15 (kJ)

118,7986

269,5099

32017,3948

CH3COOH

0,0004

537,6272

0,2105

C3H4O2

1,9725

628,8216

1240,3742

Komponen

n (kmol)

H2O

Total

120,7715

33257,9796

b. Panas sensibel liquid keluar heater, Q18 Q aliran 11, Q11, T T ref

= 373,15 K = 298,15 K

Tabel LB.19 Panas sensible liquid keluar Heater ∧

∆ H (kJ/kmol)

Q16 (kJ)

118,7986

2637,4111

313320,7235

CH3COOH

0,0004

1281,0413

0,5016

C3H4O2

1,9725

3087,9474

6091,0926

Komponen

n (kmol)

H2O

Total

120,7715

319412,3177

c. Panas yang diberikan steam, Qs : Qs

= Q15 – Q16 = 33257,9796

- 319412,3177

Universitas Sumatera Utara

= 286154,3381 kJ Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 200oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 200oC diperoleh data : - Entalpi liquid jenuh, HL

= 852,45 kJ/kg

- Entalpi uap jenuh, HV

= 2793,20 kJ/kg

- Panas laten, λ

= 1940,75 kJ/kg

d.

Jumlah steam yang dibutuhkan : m= =

Qs

λ 286154,3381 1940, 75

= 122,6025 kg

e.

Panas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in) Qs-in = m x HV = 122,6025

kg X 2793,20 kJ/kg

= 322064,6233 kJ

f.

Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out) Qs-out = m x HL =

122,6025 kg X 852,45 kJ/kg

= 35922,5454 kJ

Tabel LB.20 Neraca panas heater 1 (H-01) Q INPUT (kJ)

Q OUTPUT (kJ)

Q15

33257,9796 Q16

319412,3177

Qs-in

322064,6233 Qs-out

35922,5454

355322,6029

355334,8632

Universitas Sumatera Utara

7. HEATER-02 Fungsi : Menaikkan temperatur liquid yang berasal dari bottom absorber sebelum masuk ke kolom destilasi. Gambar : 18

17

Keterangan : Q19 = Panas sensibel fluida masuk H-04 Q20

= Panas sensibel fluida keluar H-04

Qs in = Panas sensibel steam masuk H-04 Qs out = Panas sensibel steam keluar H-04

a. Panas sensibel liquid keluar bottom absorber, Q17 Q aliran19, Q19, T

= 325,15 K

T ref

= 298,15 K

Tabel LB.21 Panas sensible liquid keluar bottom absorber ∧

∆ H (kJ/kmol)

Q17 (kJ)

294,6792

911,5012

268600,4169

CH3COOH

0,4454

1855,6557

826,5732

C3H4O2

22,7962

2171,8888

49510,7837

Total

317,9208

Komponen

n (kmol)

H2O

318937,7738

b. Panas sensibel liquid keluar heater, Q18 Q aliran 15, Q15 T

= 380,488 K

T ref = 298,15 K

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.22 Panas sensible liquid keluar Heater ∧

∆ H (kJ/kmol)

Q18 (kJ)

294,6792

2797,3812

824329,9733

CH3COOH

0,4454

6010,2188

2677,1592

C3H4O2

22,7962

7045,1402

160602,3363

Total

317,9208

Komponen

n (kmol)

H2O

987609,4688

c. Panas yang diberikan steam, Qs : Qs

= Q18 – Q17 = (318937,7738 – 987609,4688) kJ = 668671,6950 kJ

Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 200 oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 200 oC diperoleh data :

d.

- Entalpi liquid jenuh, HL

= 852,45 kJ/kg

- Entalpi uap jenuh, HV

= 2793,20 kJ/kg

- Panas laten, λ

= 1940,75 kJ/kg

Jumlah steam yang dibutuhkan : m=

Qs

λ =

668671, 6950 1940, 75

= 311,8805 kg

e.

Panas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in) Qs-in

= m x HV = 311,8805 kg x 2793,20 kJ/kg = 852400,4709 kJ

f.

Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out) Qs-out = m x HL

Universitas Sumatera Utara

= 311,8805 kg x 852,45 kJ/kg = 183728,7759 kJ

Tabel LB.23 Neraca Panas Heater 02 (H-02) Panas masuk (kJ)

Panas keluar (kJ)

Q17

318937,7738

Q18

987609,4688

Qs in

852400,4709

Qs out

183728,7759

1171338,2447

1171338,2447

. 8. COOLING COLOMN 01 (CC-01) Fungsi :

Menyerap kembali Asam Akrilat dari gas keluaran top absorber

dengan menggunakan absorben air. Tipe

: Packed Tower

Gambar :

CC-01

Keterangan: Q12= Panas sensible masuk CC 01 Q13 = Panas sensible solvent masuk CC 01 Q14 = Panas sensible top keluar CC 01 Q15 = Panas sensible bottom keluar CC 01

Universitas Sumatera Utara

A. Panas sensible masuk CC 01 T = 406 oC

= 313,75 K

Tref = 25

= 298,15 K

B. Tabel. 24 Panas sensible masuk CC 01

∫ C dt p

KOMPONEN N2

n (kmol)

Q12(KJ)

4938,8534

454,9422

2246892,6406

4,9752

1178,5555

5863,5939

362,6152

459,1749

166503,7679

2198,1166

525,9814

1156168,3568

6,1820

1043,7431

6452,4138

19,5991

585,1465

11468,3566

CH3COOH

0,1336

1057,9446

141,3735

C3H4O2

0,0000

1237,7455

0,0000

C3H8 O2 H2O C3H4O CO2

TOTAL

7530,4751

3593490,5031

C. Panas sensible solvent masuk CC 01 T = 30 oC

= 303,15 K

Tref = 25 oC

= 298,15

Tabel. 25 Panas sensible solvent masuk CC 01 Komponen

N ( Kmol)

∫ C dt

Q13 (kJ)

p

H2O

111,3863

168,3888

1856,1983

Panas masuk (Qin) = 3612246,7014

D. Panas sensible top keluar CC 01 T = 40,07 oC

= 313,2258 K

T ref = 25 oC

= 298,15 K

Universitas Sumatera Utara

Tabel.26 Panas sensible top keluar CC 01 KOMPONE

∫ C dt p

N

n (kmol)

N2

Q14(KJ)

176,3876

439,6567

77549,9996

0,1131

1138,0935

128,6883

11,3317

443,7150

5028,0562

H2O

3,3918

508,2779

1723,9869

C3H4O

0,1104

1008,0786

111,2846

CO2

0,4454

565,3113

251,8092

CH3COOH

0,0000

1021,7597

0,0000

C3H4O2

0,0186

1195,3882

22,1934

C3H8 O2

TOTAL

191,7986

84816,0181

E. Panas sensible bottom keluar CC 01 T = 33 oC

= 306,15 K

Tref = 25 oC

= 298,15 K

Tabel.27 Panas sensible bottom keluar CC 01

∫ C dt

KOMPONE N

p

n (kmol)

H2O

Q15 (kJ)

118,7258

269,5099

31997,7676

CH3COOH

0,0004

537,6272

0,2106

C3H4O2

1,9854

628,8216

1248,4726

TOTAL

120,7116

33246,4508

Tabel. 28 Neraca panas di Cooling Coloumn 01 Q INPUT (kJ)

Q OUTPUT (kJ)

Q12

3593490,5031 Q14

84816,0181

Q13

18756,1983 Q15

3527430,6833

3612246,7014

3612246,7014

Universitas Sumatera Utara

9. KOLOM DESTILASI-01(KD-01) Fungsi : Memisahkan air dan Asam Asetat dari campuran Asam Akrilat Gambar :

CD-01

QCD

ACC-01

QD

QF

KD-01

RB-01

QB

QRB

Keterangan

:

QF

= Panas aliran umpan masuk KD-01

QCD

= Beban Panas Condenser-01

QRB

= Beban panas Reboiler-01

QD

= Panas sensible aliran Destilat

QB

= Panas sensible aliran Bottom

Kondisi Operasi : T feed

(TF )

= 107,337°C

= 380,487 K

T top

(TCD )

= 104,537°C

= 377,687 K

T bottom (TRB)

= 106,922°C

= 380,072 K



Panas yang dibawa feed dari H-03 (QF) pada T = 380,487 K

Tabel LB.29 Panas masuk ke Kolom Destilasi 01





Komponen

n (kmol)

∆ H (kJ/kmol)

QF (kJ)

H2O

294,6792

2797,3812

824329,9733

CH3COOH

0,4454

6010,2188

2677,1592

C3H4O2

22,7962

7045,1402

160602,3363

Total

317,9208

987609,4688

Panas yang dibawa distilat keluar dari ACC 01 (QD) pada T = 377,687 K

Tabel LB.30 Panas yang keluar dari ACC 01

Universitas Sumatera Utara





Komponen

n (kmol)

∆ H (kJ/kmol)

QD (kJ)

H2O

293,2058

2701,3381

792047,9347

CH3COOH

0,0022

5789,0955

12,8933

C3H4O2

0,0000

6785,5175

0,0000

Total

293,2080

792060,8281

Panas kondensasi pada condenser CD-01 (QCD) pada T = 377,687 K

Tabel LB.31 Panas kondensasi Condenser 01



Komponen

n (kmol)

ΔHv

QCD (kJ)

H2O

395,8278

40399,0885

15991082,4327

CH3COOH

0,0030

24999,9074

75,1668

C3H4O2

0,0000

49050,4883

0,0000

Total

395,8308

15991157,5995

Panas liquid keluar dari bottom KD 01 (QB) pada T = 380,073 K

Tabel LB.32 Panas liquid dari KD 01 ∧

Komponen

n (kmol)

∆ H (kJ/kmol)

QB (kJ)

H2O

1,4734

2783,1420

4100,6700

CH3COOH

0,4432

5977,3742

2649,2164

C3H4O2

22,7962

7006,5758

159723,2159

Total

24,7128

166473,1024

Persamaan Overall Neraca Panas Kolom Destilasi-01 (KD-01) : QF + QRB = QD + QB + QCD QRB

= QD + QB + QCD - QF = ( 792060,8281 + 166473,1024 + 15991157,5995 - 987609,4688 )kJ = 15962082,0611 kJ

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.33 Neraca Panas Kolom Destilasi-01 (KD-01) Panas masuk (kJ)

Panas keluar (kJ)

QF

987609,4688

QD

792060,8281

QRB

15962082,0611

QB

166473,1024

QCD

15991157,5995

16949691,5299

16949691,5299

10. CONDENSER-01 (CD-01) Fungsi : Mengembunkan air produk top KD-01 dari kandungan asam akrilat. Gambar :

19

22

20

Keterangan : Q19

:

Aliran Panas Uap Top KD-01

Q22 : Aliran Panas Refluks KD-01 Q20 : Aliran Panas Destilat KD-01 Qw in : Aliran air pendingin masuk CD-01 Qw out : Aliran air pendingin keluar CD-01

Kondisi Operasi : P = 1,06 atm o

T = 105 C °C

= 1,08 bar = 378 K

Universitas Sumatera Utara



Panas sensibel uap masuk CD-01 pada T = 105 oC K

Tabel LB.34 Panas sensible uap masuk CD 01 Cp.∆T (kJ/kmol)

Qv (kJ)

395,8278

2701,3380

1069264,7119

CH3COOH

0,0030

5789,0954

17,4060

C3H4O2

0,0000

6785,5175

0,0000

Komponen H2O

Total •

n (kmol)

395,8308

1069282,1179

Panas penguapan uap masuk CD-01 pada T = 105 oC

Tabel LB.35 Panas penguapan uap masuk CD 01 Komponen

n (kmol)

ΔHv

QL (kJ)

H2O

395,8278

40399,0885

15991082,4327

CH3COOH

0,0030

24999,9074

75,1668

C3H4O2

0,0000

49050,4883

0,0000

Total

395,8308

15991157,5995

Panas aliran masuk CD-01 (Q19) = 1069282,1179 + 15991157,5995 = 17060439,7174 kJ •

Panas reflux dari CD-01 pada T = 105 oC

Tabel LB.36 Panas reflux dari CD 01



Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

QRF (kJ)

H2O

102,6220

2701,3380

277216,7772

CH3COOH

0,0008

5789,0954

4,5127

C3H4O2

0,0000

6785,5175

0,0000

Total

102,6228

277221,2898

Panas distilat dari CD-01 (Q20) pada T = 105 oC

Tabel LB.37 Panas destilat dari CD 01 Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q (kJ)

H2O

293,2058

2701,3381

792047,9347

Universitas Sumatera Utara

CH3COOH

0,0022

5789,0955

12,8933

C3H4O2

0,0000

6785,5175

0,0000

Total

293,2080

792060,8281

Beban Panas Condenser QCD = (Q V + Q LV) - (Q19+ Q RF) = 15991157,5995 kJ

Air pendingin yang digunakan, T in

= 30 oC

= 303,15 oK

T out

= 50 oC

= 323,15 oK

Cp

= 4,184 J/kg oK

m=

QD Cp.∆T

m=

15991157, 5995 4,184 x (323,15 - 303,15)

= 191098,9197 kg • Panas air pendingin masuk CD – 01, Qw in Qw in = m x Cp x ΔT = 191098,9197 kg x 4,184 kJ/kg .K x (303,15 – 298,15)K = 3997789,3999 kJ • Panas air pendingin keluar CD – 01, Qw out Qw out = m x Cp x ΔT = 191098,9197 kg x 4,184 kJ/kg .K x (323,15 – 298,15)K = 19988946,9994 kJ

Tabel LB.38 Neraca Panas Condensor-01 (CD-01) Panas masuk (kJ)

Panas keluar (kJ)

Q19

73720827,58

Q22

1197920,086

Qw in

17275069,67

Q20

3422628,817

Universitas Sumatera Utara

Qw out 90995897,25

86375348,34

90995897,25

11. REBOILER-01 (RB-01) Fungsi

: Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD-01

Gambar : 24

25 23

Keterangan : Q23

: Aliran panas masuk RB-01

Q24

: Aliran panas masuk ke KD-01

Q25

: Aliran panas keluar RB-01

Qs in

: Aliran panas steam masuk RB-01

Qs out

: Aliran panas kondensat keluar RB-01

Kondisi operasi : P = 1,28 atm

= 1,3 bar

T = 107oC

= 380,15 K



Panas liquid masuk RB-01 (Q23) pada T = 380,072 K Tabel LB.39 Panas liquid masuk RB 01 Komponen



n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q23 (kJ)

H2O

25,0731

2785,7947

69848,6139

CH3COOH

7,5422

5983,4913

45128,4992

C3H4O2

387,9283

7013,7582

2720835,2354

Total

420,5436

2835812,3485

Panas liquid keluar dari RB-01 (Q30) pada T = 380,15 K Tabel LB.40 Panas liquid keluar dari RB 01

Universitas Sumatera Utara

Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q25 (kJ)

H2O

1,4734

2785,7947

4104,5784

CH3COOH

0,4432

5983,4913

2651,9276

C3H4O2

22,7962

7013,7582

159886,9462

Total

24,7128

166643,4521

Panas yang disuplai reboiler RB-01 (QRB) = 15962082, 0611 kJ Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler-01 (RB-01) : • Panas liquid masuk ke KD-01 : Q24

= Q23 + QRB – Q25 = 2835812,3485 kJ + 15962082,0611 kJ - 166643,4521kJ = 18631421,3072 kJ

Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 200oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 200oC diperoleh data : - Entalpi liquid jenuh, HL= 852,45 /kg - Entalpi uap jenuh, HV

= 2793,20 kJ/kg

- Panas laten, λ

= 1940,75 kJ/kg



Jumlah steam yang dibutuhkan : m=

=

QRB

λ

15962082, 0611 1940, 75

= 8217,0678 kg •

Panas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in) Qs-in

= m x HV = 8217,0678 kg x 2793,20 kJ/kg = 22951913,7124 kJ

Universitas Sumatera Utara



Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out) Qs-out = m x HL = 8217,0678 kg x 852,45 kJ/kg = 7004639,4258 kJ

Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler-01 (RB-01) : Q23 + Qs in = Q24+ Q25 + Qs out

Tabel LB.41 Neraca Panas Reboiler-01 (RB-01) Q INPUT (kJ) Q23

Qs in

Q OUTPUT (kJ)

2835156,7726 Q25

167155,5014

Q24

18615275,5578

22951913,7124 Qs out

25787070,4850

7004639,4258 25787070,4850

12. KOLOM DESTILASI-02 (KD-02) Fungsi : Memisahkan air dan Asam Asetat dari campuran Asam Akrilat Gambar : 26 27 25

29

30

31 32

Keterangan

:

Q25 = Panas aliran umpan masuk KD-02 Q27 = Beban Panas Condenser-02

Universitas Sumatera Utara

QRB = Beban panas Reboiler-02 Q29 = Panas sensible aliran Destilat Q32 = Panas sensible aliran Bottom Kondisi Operasi : T feed

(TF )

= 107°C

= 380,15 K

T top

(TCD ) = 120°C

= 389,15 K

T bottom (TRB) •

= 120,448°C

= 393,599 K

Panas yang dibawa feed dari bottom KD-01 pada T = 380,072 K

Tabel LB.42 Panas feed dari bottom KD 01



∫ C dt

Komponen

n (kmol)

Q25 (kJ)

H2O

1,4734

2785,7947

4104,5784

CH3COOH

0,4432

5983,4913

2651,9276

C3H4O2

22,7962

7013,7582

159886,9462

Total

24,7128

p

166643,4521

Panas yang dibawa distilat keluar dari ACC-02 (QD) pada T = 389,15 K

Tabel LB.43 Panas destilat dari ACC 02



∫ C dt

Komponen

n (kmol)

H2O

1,3421

3232,4359

4338,1598

CH3COOH

0,4410

7023,8765

3097,4688

C3H4O2

0,1140

8235,5246

938,6928

Total

1,8970

p

Q29 (kJ)

8374,3214

Panas kondensasi pada condenser CD-01 (QCD) pada T = 389,15K

Tabel LB.44 Panas kondensasi Komponen

n (kmol)

ΔHv

Q26 (kJ)

H2O

22,1442

39737,8395

879961,7815

CH3COOH

7,2764

24489,8874

178197,1704

C3H4O2

1,8807

48136,3186

90529,2750

Total

31,3012

1148688,2269

Universitas Sumatera Utara



Panas liquid keluar dari bottom KD-01 (QB) pada T = 393,599 K

Tabel LB.45 Panas liquid bottom KD 01 Komponen

n (kmol)

∫ C dt

Q30 (kJ)

H2O

0,1313

3247,8829

426,5266

CH3COOH

0,0022

7060,2235

15,6457

C3H4O2

22,6822

8278,2151

187768,1851

Total

22,8157

p

188210,3573

Persamaan Overall Neraca Panas Kolom Destilasi-02 (KD-02) : QRB

=

8374,3214 kJ + 188210,3573 kJ + 1148688,2269 kJ - 166643,4521 kJ

= 1178629,4535 kJ

Tabel LB.46 Neraca Panas Kolom Destilasi-02 (KD-02) Q INPUT (kJ) Q25

Q OUTPUT (kJ)

166643,4521 Q26

8374,3214

1178629,4535 Q31

188210,3573

Q 30

1148688,2269

Q RB

1345272,9056

1345272,9056

13. CONDENSER-02 (CD-02) Fungsi : Mengembunkan produk top KD-02 Gambar :

26

27 29

Universitas Sumatera Utara

Keterangan : Q26

: Aliran Panas Uap Top KD-02

Q29

: Aliran Panas Refluks KD-02

Q27

: Aliran Panas Destilat KD-02

Qw in

: Aliran air pendingin masuk CD-02

Qw out : Aliran air pendingin keluar CD-02

Kondisi operasi : P

= 1 bar

T

= 120oC



= 398,15oK

Panas sensibel uap masuk CD-02 pada T = 393,15 K

Tabel LB.47 Panas sensible uap masuk CD 02



Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q (kJ)

H2O

22,1442

3232,4359

71579,6362

CH3COOH

7,2764

7023,8765

51108,2352

C3H4O2

1,8807

8235,5246

15488,4315

Total

31,3012

138176,3029

Panas penguapan uap masuk CD-02 pada T = 398,15 K

Tabel LB.48 Panas pennguapan uap masuk Komponen

n (kmol)

ΔHv

Q (kJ)

H2O

22,1442

39737,8395

879961,7815

CH3COOH

7,2764

24489,8874

178197,1704

C3H4O2

1,8807

48136,3186

90529,2750

Total

31,3012

1148688,2269

Panas aliran masuk CD-02 (Q32) = 138176,3029 + 1148688,2269 = 1286864,5297 kJ

Universitas Sumatera Utara



Panas reflux dari CD-02 (Q29) pada T = 389,15 K

Tabel LB.49 Panas reflux dari CD 02



Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q29 (kJ)

H2O

20,8021

3232,4359

67241,4764

CH3COOH

6,8354

7023,8765

48010,7664

C3H4O2

1,7667

8235,5246

14549,7387

Total

29,4042

129801,9815

Panas distilat dari CD-02 (Q27) pada T = 389,15 K

Tabel LB.50 Panas destilat dari CD 02 Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q27 (kJ)

H2O

1,3421

3232,4359

4338,1598

CH3COOH

0,4410

7023,8765

3097,4688

C3H4O2

0,1140

8235,5246

938,6928

Total

1,8970

8374,3214

Beban Panas Condenser QCD

= Q26 – (Q29 + Q27) = 1286864,5297 kJ – (129801,9815 kJ + 8374,3214 kJ) = 1148688,2269 kJ

Air pendingin yang digunakan, T in

= 30 oC

= 303,15 oK

T out

= 50 oC

= 323,15 oK

Cp

= 4,184 J/kg oK

m=

QD Cp.∆T

m =

1148688, 2269 4,184 x (323,15 - 303,15)

= 13727,1538 kg

Universitas Sumatera Utara



Panas air pendingin masuk CD – 02, Qw in Qw in

= m x Cp x ΔT = 13727,1538 kg x 4,184 kJ/kg .K x (303,15 – 298,15)K = 386502,5139 kJ



Panas air pendingin keluar CD – 02, Qw out Qw out = m x Cp x ΔT = 13727,1538 kg x 4,184 kJ/kg .K x (323,15 – 298,15)K = 1932512,57 kJ

Persamaan Overall Neraca Panas Condensor-02 (CD-02) : Q26+ Qw in = Q29 + Q27 + Qw out

Tabel LB.51 Neraca Panas Condensor-02 (CD-02) Q INPUT (kJ) Q26

Qw in

Q OUTPUT (kJ)

1286864,5297 Q27

8374,3214

Q 29

129801,9815

287172,0567 Qw out 1574036,5865

1435860,2836 1574036,5865

14. REBOILER-02 (RB-02) Fungsi

: Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD-01

Gambar : 31

32 30

Keterangan : Q30

: Aliran panas masuk RB-01

Universitas Sumatera Utara

Q31

: Aliran panas masuk ke KD-01

Q32

: Aliran panas keluar RB-01

Qs in

: Aliran panas steam masuk RB-01

Qs out

: Aliran panas kondensat keluar RB-01

Kondisi Uap kondenser : P = 1 bar T = 120,449 oC •

= 393,559 oK

Panas liquid masuk RB-02 (Q30) pada T = 393,559 K Tabel LB.52 Panas liquid masuk RB 02



Komponen

n (kmol)

Cp.∆T (kJ/kmol)

Q30 (kJ)

H2O

8,7521

3247,8829

28425,8782

CH3COOH

0,0170

7023,8765

119,6307

C3H4O2

174,3402

8278,2151

1443225,4280

Total

183,1093

1471770,9369

Panas liquid keluar dari RB-02 (Q32) pada T = 393,559 K Tabel LB.53 Panas liquid keluar dari RB 02 ∧

Komponen

n (kmol)

∆ H (kJ/kmol)

Q32 (kJ)

H2O

6,2631

3247,8829

20341,7281

CH3COOH

0,0122

7023,8765

85,6084

C3H4O2

124,7589

8278,2151

1032780,7277

Total

131,0341

1053208,0642

Panas yang disuplai reboiler RB-02 (QRB) = 1178629,4535 kJ Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler-02 (RB-02) : Q38 + QRB = Q39 + Q40 •

Panas liquid masuk ke KD-02 : Q31

= Q30 + QRB – Q32 = 1471770,9369 kJ + 1178629,4535 kJ - 1053208,0642 kJ

Universitas Sumatera Utara

= 1597192,3262 kJ Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 200oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 200oC diperoleh data :



- Entalpi liquid jenuh, HL

= 852,45 kJ/kg

- Entalpi uap jenuh, HV

= 2793,20 kJ/kg

- Panas laten, λ

= 1940,75 kJ/kg

Jumlah steam yang dibutuhkan : m=

=

QRB

λ

1178629, 4535 1940, 75

= 607,2426 kg •

Panas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in) Qs-in

= m x HV = 607,2426 kg x 2793,20 kJ/kg = 1696149,95 kJ



Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out) Qs-out = m x HL = 607,2426 kg x 852,45 kJ/kg = 517643,9324 kJ

Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler-02 (RB-02) : Q30+ Qs in = Q31 + Q32 + Qs out

Tabel LB.54 Neraca Panas Reboiler-02 (RB-02) Q INPUT (kJ) Q 30

1471770,9369

Qs in

1696149,9583

Q OUTPUT (kJ) Q32

1053208,0642

Q 31

1597068,8986

Universitas Sumatera Utara

Qs out 3167920,8952

517643,9324 3167920,8952

15. COOLER – 01 : Untuk menurunkan temperature produk dari R-01 menjadi 265oC.

Fungsi Gambar :

Q5

COOLER-01

Q6

Q5

= Aliran panas produk R -01 masuk ke R-01

Q6

= Aliran panas produk keluar C-01

QP in

= Aliran panas pendingin masuk C-01

QP out

= Aliran panas pendingin keluar C-01

Digunakan pendingin amonia, T =

248,15 K

Fluida panas T masuk

= 593,15

K

T keluar

= 538,15

K

Tabel LB.55 Panas masuk Cooler 01 KOMPONEN

Cp (kJ/kmol.K)

Y.Cp

970,1319 0,8305

30,0705

24,9735

C3H8

0,6219 0,0005

128,3428

0,0683

O2

62,5269 0,0535

32,0239

1,7141

H2O

128,9416 0,1104

36,3472

4,0121

C3H4O

1,0119 0,0009

102,7567

0,0890

CO2

2,4499 0,0021

47,2238

0,0990

CH3COOH

2,4499 0,0021

104,6565

0,2195

N2

TOTAL

n (kmol)

Y

1168,1340 1,0000

481,4213

31,1756

Universitas Sumatera Utara

Cp mix

= 31,1755 Kj/kmol.K

T amonia masuk = 248,15 K T amonia keluar = 323,15 K Cp Ammonia

= 36,3989 kJ/kmol.K

Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Q fluida panas = Q fluida dingin Qh = Hot fluid

Qh = ∆H = n.Cp.(T2 − T1 ) Qh= 1293,613743 mol x 38,307119 Kj/kmol.K x (495,0227-408,15)K = 4304943,244 Kj

Qc = Cold fluid

Qc = ∆H = n.Cp.(T2 − T1 ) Qc = 4304943,244 Kj Cp NH3 = 36,3988 n

= 1576,95143 kmol

BM NH3

= 17,031 kg / kmol

m NH3

= 26857,05987 kg

Tabel LB.56 Neraca Panas Cooler 01 Q INPUT (kJ)

Q OUTPUT (kJ)

4304943,244

4304943,244

16. COOLER – 02 Tabel LB.58 Neraca Panas Cooler 01 Q INPUT (kJ) Qh

782716,9534

Q OUTPUT (kJ) Qc

782716,9534

Universitas Sumatera Utara

17. COOLER-03 Tabel LB.60 Neraca panas Cooler 03 NERACA PANAS COOLER-03 Q INPUT (kJ) Qh

Q OUTPUT (kJ)

621740,8345

Qc

621740,7438

18. COOLER-04 Tabel LB. 63 Neraca Panas Cooler-04 (C-04) Panas masuk (kJ)

Panas keluar (kJ)

Q24

8004,1933

Q25

418,2618

Qw in

1896,4829

Qw out

9482,4144

9900,6762

9900,6762

19. COOLER – 05 Tabel LB.66 Neraca Panas Cooler-05 (C-05) Panas masuk (kJ)

Panas keluar (kJ)

Q34

187239,9340

Q35

144781,5763

Qw in

10614,5894

Qw out

53072,9471

197854,5235

197854,5235

20. COOLER – 06 Tabel LB.69 Neraca Panas Cooler-06 (C-06) Panas masuk (kJ)

Panas keluar (kJ)

Q44

144514,1067

Q45

8886,2451

Qw in

33906,9654

Qw out

169534,8270

178421,0721

178421,0721

Universitas Sumatera Utara

21. EVAPORATOR (EV-01) Fungsi : Menguapkan air sisa yang terdapat dalam produk. Gambar : 33 32

34

Keterangan

:

Q32

= aliran panas dari WT menuju EV

Q34

= aliranpanas keluar (bottom)EV menuju C-06

Q33

= aliranpanas keluar (top) EV

Kondisi operasi : P

= 1 atm

T

=100oC

= 373,15 K

T ref =25oC

= 298,15 K

• Panas sensible gas masuk EV-01, Q41 Q aliran 41, Q41, T

= 343,15K

T ref = 298,15 K

Tabel LB.70 Panas sensible gas masuk Cp.∆T (kJ/kmol)

KOMPONEN n (kmol)

Q32 (kJ)

H2O

0,1313

1522,2482

199,9085

CH3COOH

0,0022

3156,4759

6,9949

22,6822

3696,4711

83844,1210

C3H4O2 TOTAL

8398,0110

84051,0243

Panas sensible gas keluar EV-01, Q32 Q aliran 32,

T

= 343,15 K

T ref = 298,15 K

Universitas Sumatera Utara

Tabel LB.71 Panas sensible gas keluar Komponen

kg

H2O

n (Kmol)

1,8911

0,1051

CpdT 2545,8846

Total

Q33 267,4696 267,4696

Panas sensible gas keluar EV-01, Q33 Q aliran 33,

T

= 373,15 K

T ref = 298,15 K

Tabel LB.72 Panas sensible keluar EV 01 Komponen

kg

n (Kmol)

CpdT

Q34

H2O

0,4728

0,0263

2545,8846

66,8674

CH3COOH

0,1330

0,0022

5433,2625

12,0403

1633,1189

22,6822

6367,7755

144435,1990

C3H4O2 TOTAL

22,7107

144514,1067

Panas yang diberikan steam, Qs =Qproduk – Qreaktan Qs =( Q33+ Q34) – Q32 Qs = (144514,1067 + 267,4696) - 84051,0243) kJ Qs = 60930,2136 kJ Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 200oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 200oC diperoleh data :

- Entalpi liquid jenuh, HL

= 852,45 kJ/kg

- Entalpi uap jenuh, HV

= 2793,20 kJ/kg

- Panas laten, λ

= 1940,75 kJ/kg



Jumlah steam yang dibutuhkan : m=

Qs

λ

Universitas Sumatera Utara

=

60930, 2136 1940, 75

= 31,3952 kg •

Panas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in) Qs-in = m x HV = 31,3952 kg x 2793,20 kJ/kg = 87693,0426 kJ



Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out) Qs-out = m x HL = 31,3952 kg x 852,45 kJ/kg = 26762,8291 kJ

Tabel LB.73 Neraca Panas Evaporator (EV-01) Q masuk (kJ)

Q keluar (kJ)

Q32

84320,6661

Q33

288,8182

Qsin

87693,0426

Q34

144962,0614

Qsout

26762,8291

∑Q=

172013,7087

∑Q=

172013,7087

Universitas Sumatera Utara

1LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

1. Tangki 01 : Menyimpan bahan baku propena (C3H6)

Fungsi

Bahan konstruksi : Low Alloys Steel SA 202 B Bentuk

: Silinder Horizontal dengan penutup torrispherical dished head

Jenis sambungan : Single welded butt joints Gambar alat

:

PC PC

T-01

L I

*) Perhitungan untuk T-103 Kondisi operasi : Tekanan

= 1 atm

Temperatur

= 30 °C

Laju alir massa

= 989,6201 kg/jam

ρ

= 6,8792 kg/m3

Kondisi

= gas

= 303 oK

Kebutuhan perancangan = 7 hari Faktor kelonggaran

= 20 %

Perhitungan: a. Volume tangki Kapasitas Larutan,Vg =166266,1695 m3 Volume larutan untuk 1 tangki = 24167,6498 m3 Volume Spherical, Vt = (1 + 0,2) x 1738,3722m3 = 2086,0467 m3 LC-1

Universitas Sumatera Utara

b. Volume 2 Tutup dan Shell Direncanakan : H/D = 4/3 = 1,33 L/D = 3/1 = 3 = 2[0,0778 D3 (2) (H/D)2 (1,5-H/D)] (Walas,2010)

Volume 2 Tutup, Vh

= 2[0,0778 D3 (2) (01,33)2 (1,5-1,33)] = 0,09220 D3 Φ

= 2 Arc Cos (1-1,6)

(Walas,2010)

= 4,4285 rad

Volume Shell

π 1 × D2 × L × × ( Φ − sin Φ ) 2 = 4 π π 1 × D2 × L × × ( 4, 4286 − sin 4, 4286 ) 2 = 4 π = 0,67357 D2 L

Karena L = 3 D ; maka Volume Shell

= 0,67357 (3) D2 = 2,02072 D3

Volume 2 Tutup + Shell

= 0,09221 D3 + 2,02072 D3 = 2,11293 D3

c. Diameter (D) dan Tinggi Tangki 3

Diameter, D

=

2086, 0467 m3 2,11293

= 9,9668 m Jari-jari, r

= 4,9784 m

Tinggi Shell

= 13,2588 m

Tinggi Tutup

= 1,7922 m

Tinggi Total

= 16,8602 m

d. Tebal Shell dan Head dan Bottom Allowable Stress, SA

= 21250 psi = 146513,59 kPa

Joint Efficiency, E

= 0,80

Corrotion Factor, Ca

= 0,125 in/thn = 0,00138 m/thn

Universitas Sumatera Utara

P Operasi

= 1 Atm = 10,325 kPa

Faktor kelonggaran

= 0,2

Umur

= 10 Tahun

P hidrostatik

= 18,73 kPa

P design

= 12,14 kPa

Tebal Shell, ts

=

=

P⋅R + Ca ⋅ n (S ⋅ E ) − ( 0, 6 ⋅ P )

(Walas, 1988)

12,14 × 4,9911 + 0, 00138 × 10 (146513,59×0,8) − ( 0, 6×12,14 )

= 0,03725 m = 1,4334 in Tebal shell standar yang digunakan r/L L=D

= 2 in

(Brownell, 1959)

= 0,06 = 4,67547 m

3 + ( L/r )

1/2

M

=

(Walas, 1988)

4 3 + (1/0,06 )

1/2

4

=

= 1,7706 m Tebal head

=

P⋅L⋅M + Ca ⋅ n 2 ⋅ S ⋅ E - 0,2 ⋅ P

(Walas, 1988)

= 0,04149 m = 1,6334 in Tebal shell standar yang digunakan

= 6 in

(Brownell, 1959)

2. Tangki 02 Fungsi

: Penyimpanan asam asetat

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C Bentuk

: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah

: 1 unit

Universitas Sumatera Utara

*) Perhitungan untuk T-02 Kondisi operasi : Tekanan

= 1 atm

Temperatur

= 30 °C

Laju alir massa

= 5277,704 kg/jam

ρ

= 995,65 kg/m3

Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor kelonggaran

= 20 %

Perhitungan: a. Volume tangki Volume larutan,Vl =

5277,704 kg/jam × 10 hari × 24 jam/hari = 127,218 m3 3 995,65 kg/m

Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 127,218 m3 = 139,940126 m3

b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan : • Tinggi shell : diameter (Hs : D = 3 : 2) • Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) -

-

Volume shell tangki ( Vs) Vs

=

1 π Di2 H 4

Vs

=

3 π D3 8

Volume tutup tangki (Vh) Vh =

-

π 24

D3

(Walas,1988)

Volume tangki (V)

Universitas Sumatera Utara

V

= Vs + Vh

51,83 m3

=

34 πD 3 96

Di

= 3,41 m = 301,2849 in

Hs

= 11,47896 m = 451,9274 in

c. Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup

= diameter tangki

= 3,41 m

Hh

Hh  1 =   × D=   × 7, 65264  D  4

= 0,8522 m

Ht (Tinggi tangki)

= Hs + 2Hh

= 6,8178 m

d. Tebal shell tangki

488,8671 m3 x 11,47896 m = 9,56580 m Tinggi cairan dalam tangki = 586,6405 m3 PHidrostatik = ρ x g x l = 1037,95956 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 9,56580 m = 97,30332 kPa P0

= Tekanan operasi = 1 atm

Faktor kelonggaran

= 5%

Pdesign

=

D

= 3,14

Joint efficiency (E)

= 0,85

= 101,325 kPa

1 atm = 1,7044 m (Brownell,1959)

Allowable stress (S) = 932,2297 atm Faktor korosi

(Brownell,1959)

= 0,00032 cm

Tebal shell tangki: = t

P⋅R + ( CA ⋅ n ) S ⋅ E − 0,6 ⋅ P

(Walas, 1988)

(208,55973 kPa) (150, 6425 in) + ( 0,125 × 10 ) (86184,5 kPa) (0,8) − 0,6 (196, 27118 kPa) = 1, 7065 in

Tebal shell standar yang digunakan =2 in

(Brownell, 1959)

e. Tebal tutup tangki

Universitas Sumatera Utara

t =

PD + ( CA × n ) 2SE − 0,6P

(Walas, 1988)

(208,55973 kPa) (302 in) + ( 0,125 )(10 ) 2(86184,5 kPa)(0,8) − 0,2(208,55973 kPa) = 1,7069 in

Tebal tutup standar yang digunakan =2 in

(Brownell,1959)

Analog perhitungan dapat dilihat pada Tanki, sehingga diperoleh :

2.

Volume

Diameter

tangki

tangki

Tinggi

Diameter

3

Outlet

Tangki

(m )

(m)

tangki (m)

(m)

(T – 02)

4,59

1,52

3,0388

4,59

(T – 03)

30,40

2,85

5,7069

2,8577

Reaktor – 01 (R – 01) Fungsi : Mereaksikan propena (C3H6) dan oksigen (O2) dalam menghasilkan asam akrolein (C3H4O) Tipe

: Multi Tubular Reaktor

R-01

O2

C3H6

Universitas Sumatera Utara

Reaktor – 01 Kondisi reaktor Temperatur (T)

= 320oC

= 593,15 K

Tekanan (P)

= 3 bars

= 2,9607698 atm

Konversi Propilen

= 98,10%

Viskositas Campuran, µ

= 7,58802 x 10-5 kg/m.s

Densitas Campuran, ρcamp

= 1689,1805 kg/m3

Data katalis : Nama katalis

: Metal oksida (Mo12 Bi1.2 Fe1.1CO3 K 0.05W2)

Porositas, φ

: 0,42

Diameter katalis

: 0,5 cm

Bulk density katalis, ρb : 5559,7265 kg/m3

Reaksi : C3H6 + O2 A

C2H3CHO + H2O

B

C

D

2.1. Laju Reaksi Konstanta kecepatan reaksi (k) dicari dengan persamaan Arhenius : k

= A . e-E/RT

A

σ + σ B  N = A  10 3 2  

 1 1   8π kT  + M M B   A

k

σ + σ B  N = A  10 3 2  

 1 1  -E/RT  . e 8π kT  +  MA MB  (2.34 Levenspiel)

2

2

dimana : = 6,02.1023

N

= Bilangan Avogadro

k

= Konstanta Boltzman = 1,3.10-16

MA,MB = Berat Molekul C3H6

= A = MA = 42 kg/kmol

O2

= B = MB = 32 kg/kmol

σA

= 4,232 A

= 4,232 .10-8 cm

Universitas Sumatera Utara

σB

= 3,433 A

E

= Energi Aktivasi

E

= 6,31017 kkal/mol

R

= 0,001987 kkal/mol. K

T

= 320o C

-E/RT e-E/RT

= 3,433 .10-8 cm

=

593,15 K

=

-(6,31017 kkal/mol/(0,001987 kkal/mol.K x 593,15 K)

=

- 5,3540

=

4,729 x 10-3

Maka: 2

−8 −8 23 =  4,232.10 + 3,433.10  6,023.10 8(3.14).(1,3x10−16 ).(593,15). 1 + 1 . x 4,729 x 10− 3 3  

k



2



 42 32 

10

k

= 1,37 x 10-5 cm2/mol.s

k

= 1,37 x 10-6 m2/kmol.s = 1,37 x 10-5 m3/kmol.s

C3H6 + O2 A

B

C2H3CHO + H2O C

D

FAO

= 128,9416 kmol / jam = 0,0358 kmol/s

FBO

= 257,88316 kmol / jam = 0,0716 kmol/s

Laju Alir Massa (W)

= 40858,86522 kg / jam

Perhitungan : ♣ Volumetrik Flowrate

Q=

=

W

ρ

camp

40858,86522 1689,91805

= 24,1780 m3 / jam = 0,0067 m3/s

Universitas Sumatera Utara

♣ Konsentrasi C3H6 CAO

FAO 0, 0358 = = 5,3330 kmol / m3 Q 0, 006716

=

♣ Konsentasi O2

FBO 0, 0716 = =10,6660 kmol / m3 Q 0, 0067

=

CBO

Reaksi : C3H6

+

O2

C2H3CHO

m:

CAO

CBO

b :

CAO X

CAO X

s :

CA (1 - X)

- rA

CBO – CAO X

= k CA CB

{

+

H2O

CAO X

CAO X

CAO X

CAO X

}

= k C AO (1 − X ) {C BO − C AO X } dimana :

-rA

CBO C AO

ΘB

=

CBO

= CAO ΘB

{ k {C k {C k {(C

} (1 − X )}{C (1 − X )}{C

= k C AO (1 − X ) {C BO − C AO X } = = =

AO

AO

AO

AO

Θ B − C AO X }

AO

(Θ B − X }

}

) 2 (1 − X ) (Θ B − X )

= 9,17 x 10-6

2.2.Menentukan Ukuran Tube Diketahui katalis (dk) = 0,5 cm = 0,225 in Rasio antara diameter katalis dengan diameter tube mencapai harga maksimum 0,15 ( J.M. Smith, page 571) dk/dT

= 0,15 ……….( J.M. Smith, pg. 571 )

Universitas Sumatera Utara

dT

= 0,225 / 0,15 = 1,31 in

Berdasarkan data pada tabel 11 kern, maka usuran yang dipilih: IPS = 1,25 in OD = 1,66 in

= 0,0422 m

ID

= 0,0351 m

= 1,38 in

SN = 40 a’

= 0,0104 ft2

Dipilih tube bank yang terdiri dari 500 buah tube.

2.3.Menghitung Panjang Tube Reaktor Stage - 01 Reaksi : C3H6 + O2 A

C2H3CHO + H2O

B

C

D

Diketahui : NAo

= 23,4439 kmol / jam

NBo

= 46,8878 kmol / jam

NCo

= 22,9984 kmol / jam

NDo

= 22,9984 kmol / jam

Nio

Ni,LT

ΔL

Ni

Ni dNi

Laju alir komponen masuk untuk tiap tube adalah : NA

= 23,4439 / 500

= 0,0058 kmol / jam

NB

= 46,8878 / 500

= 0,0117 kmol / jam

NC

= 22,9984 / 500

= 0,0057 kmol / jam

Universitas Sumatera Utara

ND

= 22,9984 / 500

= 0,0057 kmol / jam

Neraca Massa Komponen pada Irisan Komponen A (C3H6) Input – Output + Generation = 0 NA - (NA + dNA) – A ρb r1 dL = 0 NA – NA – dNA – A ρb r1 dL = 0 dNA = - A ρb r1 dL dN A = - A ρb r1 ……………………………………………………………………(1) dL

Komponen B (O2) NB – (NB + dNB) - A ρb r1 dL = 0 NB – NB - dNB - A ρb r1 dL = 0 dNB = - A ρb r1 dL dN B = - A ρb r1 ………………………………………………………….................(2) dL

Komponen C (C3H4O) NC - (NC + dNC) + A ρb r1 dL = 0 NC – NC – dNC + A ρb r1 dL = 0 dNC = A ρb r1 dL dN C = A ρb r1 ……………………………………………………………………...(3) dL

Komponen D (H2O) ND – (ND + dND) + A ρb r1 dL = 0 ND – ND – dND + A ρb r1 dL = 0 dND = A ρb r1 dL dN D = A ρb r1 ……………………………………………………………..............(4) dL

Universitas Sumatera Utara

Persamaan – persamaan differensial diatas diselesaikan dengan menggunakan metode Runge – Kutta 4. k1

= h f ( xn + y n )

k2

= h f (( xn + 1 2 h) + ( yn + 1 2 k1 ))

k3

= h f (( xn + 1 2 h) + ( yn + 1 2 k 2 ))

k4

= h f (( xn + h) + ( yn + k3 ))

yn +1 = yn + 1 6 (k1 + 2k 2 + 2k3 + k 4 )

Konversi =

0,2579 − 0,2554 x100% = 98,1% 0,2579

Maka panjang tube reaktor yang dibutuhkan = 4,6320 m. Dengan jumlah tube = 500 buah. 2.4.Menentukan Volume Reaktor Stage - 01, VTR1  Volume satu tube reaktor, VT1

 1 VT1 =  π .ID 2  . L T1  4 1 2 = x 3,14 x (0,0351 m ) x 4,6320 m 4 = 0,0045 m 3  Volume Tube Reaktor, VTR1 Faktor keamanan 20% VTR1

= VT1 x NT = 0,0045 m3 x 500 tube = 2,23375 m3

Faktor keamanan 20% Maka volume tube rektor (VTR1) adalah: VTR1 = 1,2 x 2,23375 m3 = 2,680507 m3 2.5. Residence Time, τ

τ=

VT R QT

= 0,3658s

Universitas Sumatera Utara

2.6.Menentukan Volume dan Berat Katalis Reaktor Stage - 01  Menghitung Volume Katalis : Vk = (1 − φ) VTR1

dimana : φ = 0,42 Vk

= (1 – 0,42) 2,680507 m3 = 1,5546 m3

 Menghitung Berat Katalis : Densitas katalis = 5559,726 kg/m3 Wk

= ρ K .VK = (5559,726 kg/m3).( 1,554694 m3) = 8643,6355 kg

2.7. Diameter Shell Reaktor Tube disusun dalam bentuk triangular.

PT PT

= OD + ½ OD = 0,0422 m + ½ (0,0422 m) = 0,063246 m

Free Area, Af

[

(

A f = [(0,5 x PT )(PT x sin 60)] − 0,5 x πx OD

2

4

)]

2 = [(0,5 x0,063246)(0,063246 x sin 60)] − 0,5 x3,14 x 0,0422  4  = 0,00103424 m 2

Total free volume, Vf Vf

= Af x Nt x LT = 0,00103424 m2 x 500 x 4,6320 m

Universitas Sumatera Utara

= -4,6440 m3 

= 2,3953035 m3 +  500 x

Vs



 3,14 x (0,0422 m) 2 x 4,6320 m  4 

= 5,5049 m3 Area shell, As1,430794408 As = =

Vs LT 5,5049 = 4,6320

1,1884 m 2

Diameter shell, Ds  A  Ds =  4 x s  π  

0,5

 1,1884  =  4x 3,14   = 1,2304 m

0,5

2.8.Tinggi Head Reaktor, Hs Hs = ¼ Ds = ¼ 1,2304 = 0,3076 m

2.9.Tinggi Reaktor Stage - 01, HR1 HR1= LT1 + HS = 4,6320 m + 0,3076 m = 4,9396 m

Universitas Sumatera Utara

3. Reaktor – 02 Fungsi : Mereaksikan C3H4O dan O2 sehingga menghasilkan asam akrilat C3H4O2 Tipe

: Multi Tubular Reaktor

3 BAR

265oC

Kondisi reaktor Temperatur (T)

= 265oC

= 538,15 K

Tekanan (P)

= 3 bars

= 2,9607698 atm

Konversi Acrolein

= 99,20 %

Viskositas Campuran, µ

= 1,94629 x 10-5 kg/m.s

Densitas Campuran, ρcamp

= 1757,3231 kg/m3

Data katalis : Nama katalis

: Metal Oxide (Mo12,V5,W 1.2,Cu2)

Porositas, φ

: 0,42

Diameter katalis

: 0,5 cm

Bulk density katalis, ρb : 4962,4537 kg/m3 Reaksi: C3H4O

+

1/2O2

C

B

C3H4O2 E

Reaktor stage - 02 merupakan bagian dari reaktor stage – 01, jadi memiliki spesifikasi yang sama seperti dibawah ini, tetapi memiliki panjang tube berbeda karena Volumenya beda. Spesifikasi Reaktor Stage – 02 : IPS = 1,25 in

Universitas Sumatera Utara

OD = 1,66 in

= 0,0422 m

ID

= 0,0351 m

= 1,38 in

SN = 40 a’

= 0,0104 ft2

PT

= 0,063246m

As

= 1,21490 m2

Ds

= 1,3500622 m

Hs

= 0,337515 m

Nt

= 500 tube

3.1.Laju Reaksi Konstanta kecepatan reaksi (k) dicari dengan persamaan Arhenius : k

= A . e-E/RT

A

σ + σ B  N = A  10 3 2  

 1 1   + 8π kT   MA MB 

k

σ + σ B  N = A  10 3 2  

 1 1  -E/RT  . e 8π kT  + M M B   A (2.34 Levenspiel)

2

2

dimana : = 6,02.1023

N

= Bilangan Avogadro

K

= Konstanta Boltzman = 1,3.10-16

MC,MB = Berat Molekul C3H4O = C = MC = 56 kg/kmol O2

= B = MB = 32 kg/kmol

σC

= 4,418 A

= 4,418 .10-8 cm

σB

= 3,433 A

= 3,433 .10-8 cm

E

= Energi Aktivasi

E

= 7,3996 kkal/mol

R

= 0,001987 kkal/mol. K

T

= 265 o C

-E/RT

=

538,15 K

=

-(7,3996 kkal/mol/(0,001987 kkal/mol.K x 538,15 K)

=

-6,92010467

Universitas Sumatera Utara

e-E/RT

=

1,934418

Maka: k

= 2

 4,418.10−8 + 3,433.10−8  6,023.1023 1 1   8(3.14).(1,3x10−16 ).(538,15). + . x 0,000987727 3 2 10  56 32   

k

= 2,69 x 10-4 cm2/mol.s

k

= 2,69 x 10-5 m2/kmol.s

Reaksi: C3H4O

+

1/2O2

C

C3H4O2

B

G

FCO

= 22,9985 kmol / jam = 0,00639 kmol/s

FBO

= 46,8878 kmol / jam = 0,01302 kmol/s

Laju Alir Massa (W)

= 7428,88 kg / jam

Perhitungan :

♣ Volumetrik Flowrate

Q=

=

W

ρ

camp

7428,88 1757, 3231

= 4,2273 m3 / jam = 0,0011 m3/s ♣ Konsentrasi C3H4O CCO

=

FCO 0, 00639 = = 5,4403 kmol / m3 Q 0, 0011

♣ Konsentasi O2 CBO

=

FBO 0, 0063 = = 5,3876 kmol / m3 Q 0, 0011

Universitas Sumatera Utara

Reaksi : C2H3CHO

+ 1/2 O2

m:

CCO

CBO

b :

CCO X

½ CCO X

CCO (1 - X)

s :

- rc

C2H3CHO

CBO – ½ CCO X

= k CC CB

{

+

H2O

CCO X

CCO X

CCO X

CCO X

}

= k C CO (1 − X ) {C BO −1 / 2C CO X } dimana :

C BO C CO

ΘB

=

CBO

= CCO ΘB

{ k {C k {C k {(C

} (1 − X )}{C (1 − X )}{C

= k C CO (1 − X ) {C BO −1 / 2C CO X }

-rc

= = =

CO

CO

CO

CO

Θ B −1 / 2C CO X }

CO

(Θ B − 1 / 2 X }

}

) 2 (1 − X ) (Θ B −1 / 2 X )

= 3,29 x 10-4 3.2.Menghitung Panjang Tube Reaktor Stage – 02 Reaksi: C3H4O

+

C

1/2O2

C3H4O2

B

G

Diketahui : NCo

= 22,9985 kmol / jam

NBo

= 22,7758 kmol / jam

NEo

= 22,8145 kmol / jam

LT Nio

Ni,LT

ΔL Ni

Ni dNi Universitas Sumatera Utara

Laju alir komponen masuk untuk tiap tube adalah : NC

= 22,9985 / 500

= 0,0459 kmol / jam

NB

= 22,7758 / 500

= 0,0455 kmol / jam

NE

= 22,8145 / 500

= 0,0456 kmol / jam

Neraca Massa Komponen pada Irisan Komponen C (C3H4O) Input – Output + Generation = 0 NC - (NC + dNC) – A ρb r1 dL = 0 NC – NC – dNC – A ρb r1 dL = 0 dNC = - A ρb r1 dL dN C = - A ρb r1 ……………………………………………………………………(1) dL

Komponen B (O2) NB – (NB + dNB) - ½ A ρb r1 dL = 0 NB – NB - dNB – ½ A ρb r1 dL = 0 dNB = - ½ A ρb r1 dL dN B = - ½ A ρb r1 ……………………………………………………………........(2) dL

Komponen E (C3H4O2) NE - (NE + dNE) + A ρb r1 dL = 0 NE – NE – dNE + A ρb r1 dL = 0 dNE = A ρb r1 dL dN E = A ρb r1 ……………………………………………………………………...(3) dL

Persamaan – persamaan differensial diatas diselesaikan dengan menggunakan metode Runge – Kutta 4. k1

= h f ( xn + y n )

k2

= h f (( xn + 1 2 h) + ( yn + 1 2 k1 ))

k3

= h f (( xn + 1 2 h) + ( yn + 1 2 k 2 ))

k4

= h f (( xn + h) + ( yn + k3 ))

yn +1 = yn + 1 6 (k1 + 2k 2 + 2k3 + k 4 )

Universitas Sumatera Utara

Konversi =

0,2530 - 0,2505 x100% = 99,2% 0,2530

Maka panjang tube reaktor yang dibutuhkan = 1,0859 cm. Dengan jumlah tube = 500 buah.

3.3.Menentukan Volume Reaktor Stage - 02, VTR2  Volume satu tube reaktor, VT

 1 VT2 =  π .ID 2  . L T2  4 1 2 = x 3,14 x (0,0351 m ) x 1,0859 m 4 = 0,0010 m 3  Volume Tube Reaktor, VTR2 VTR2 = VT2 x NT = 0,0010 m3 x 500 tube = 0,5 m3 Faktor keamanan 20% Maka volume tube rektor stage - 02 (VTR2) adalah: VTR2 = 0,2 x 3,1813 m3 = 0,6362 m3

3.4.Menentukan Volume dan Berat Katalis Reaktor Stage - 02  Menghitung Volume Katalis : Vk = (1 − φ) VTR2

dimana : φ = 0,42 Vk

= (1 – 0,42) 0,628389 m3 = 0,3690 m3

 Menghitung Berat Katalis : Densitas katalis = 2280,5429 kg/m3 Wk

= ρ K .VK = (4962,4537 kg/m3).( 0,3644657 m3)

Universitas Sumatera Utara

= 1831,2980 kg 3.5.Residence Time, τ

τ=

VT R QT

0, 6362 0, 0011 = 541,8326.S =

3.6.Tinggi Reaktor HR1 = 4,9430 m HR2= LT2 + HS = 1,0859 m + 0,337515 m = 1,4234 m HR = HR1 + HR2 = 4,9430 m + 1,4234 m = 6,3630 m

3.7. Volume Head Reaktor, VHR

  1 VHR = 2  .π .Ds 3    24 = 0,6438 m3

3.8.Volume Total Reaktor, VR VR = VT1 + VT2 + 2VHR = 0,6362 m3 + 0,5 m3 + 2(0,6438 m3) = 2,4240 m3

3.9.Tebal dinding reactor, t Asumsi t

=

: tebal dinding reaktor = tebal dinding headnya.

P.D + Cc 2SE j - 0,2 P

(Peters, table 4 hal 570)

D = Diameter Reactor = 1,350062 m

Universitas Sumatera Utara

P = Tekanan Design = 5 bars = 2,9607 atm S = Working Stress Maximum = 13700 psia = 932,23 atm Ej = Welding Joint Efficiency = 85 % Cc = Korosi yang diizinkan = 0,00032 m

t

=

1,350062 x 2,9607 + 0,00032 (2 x932,23 x0,85) − (0,2 x 2,9607)

= 0,0028 m = 12,32 mm

Diameter luar kolom , OD

= Ds + 2t = 1,350062 m + (2 x 0,0028) m = 1,3557 m

3.10. Menentukan desain jaket pendingin id

OD

H

Keterangan :

OD

= Outside diameter R-01

= 1,374712 m

H

= Tinggi silinder

= 6,33992 m

Universitas Sumatera Utara

id

= Diameter reaktor beserta jaket bagian dalam

Flowrate cooling water (m)

= 24120,83943 kg/jam

Densitas air (ρ)

= 998 kg/m3

Residence time

= 0,17955 jam

Volumetric flowrate air pendingin= =

m

ρ 24120,83943 kg/jam 998 kg/m 3

= 24,16917778 m3/jam Volume jaket air pendingin

= Volumetric flowrate x Residence time = 24,16917778 m3/jam x 0,17955 jam = 4,33957 m3

V Jaket

= (Volume Reaktor + Jaket) – (Volume Reaktor)

V Reaktor + Jaket

= Volume Silinder + Volume head ellipsoidal (2:1) =

V Reaktor

1 1 π (id ) 2 H + π (id ) 3 4 24

= Volume Silinder + Volume head ellipsoidal (2:1) =

1 1 π (OD) 2 H + π (OD) 3 4 24

Maka : V Jaket

1 1   1 1 π (id ) 3  −  π (OD) 2 H + π (OD) 3  =  π (id ) 2 H + 24 24   4 4

4,33977116 m3

=

4,33977116 m3

 1   =  × 3,14 × 6,33992 m  id 2 − (1,374712 m) 2    4 

(

)

(

)

1 1 π H id 2 − OD 2 − π id 3 − OD 3 2,597976217 4 24

(

)

  1  −   × 3,14  id 3 − (1,374712m) 3      24

(

[

(

)

)] [

(

)]

4,33977116 m3

= 4,976841m id 2 − 1,8898m 2 − 0,1308 id 3 − 2,5979m 3

4,33977116 m3

= 4,976841 m id2 - 9,40539 m3 – 0,1308 id3 + 0,339902 m3 0,1308 id3 – 4,97684 m id2 - -13,40526 m3 = 0

Universitas Sumatera Utara

Id

= 1,60758 m

Tebal jaket pendingin

= id – OD = 1,60758 m – 1,374712 m = 0,2260 m

3. Absorber (AB-01) Fungsi

: Menyerap Asam Akrilat dari gas produk reaktor dengan menggunakan absorben air.

Tipe

: Packed Tower

Gambar

:

AB-01

Kondisi Operasi : -

Tekanan

= 1 bars = 0,9869 atm

-

Temperatur = 62 oC

-

Gas Masuk

Laju alir massa, G’ = 7428,8846 kg/jam = 2,0636 kg/s Densitas, ρ pada 62 oC (335 K) ρcampuran dihitung menggunakan rumus : 1 ρ campuran

=∑

Xi ρi

didapatkan ρGas = 15,91327 kg/m3 = 0,993462 lb/ft 3

Universitas Sumatera Utara

Viskositas Gas, µG Viskositas masing-masing komponen dicari menggunakan grafik 2-32, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. Didapatkan : Senyawa

m, kg

n, kmol

Xi

μi, cp

C3H8

4.975237945 0.11307359

0.000669715

0,00925

H2O

19.59912068 0.445434561 0.002638232

0,04433

O2

363.7926888 11.36852152 0.048970028

0,0230

N2

4938.853376 176.3876206 0.664817621

0,002

C3H4O

26.72607365 0.445434561 0.003597589

0,00756

CH3COOH 421.9906366 23.44392425 0.056804037

0,6714

CO2

10.30332338 0.183987918 0.001386927

0,0167

C3H4O2

1642.644128 22.81450178 0.22111585

0,08053

7428.884585

1

Viskositas campuran menggunakan rumus : µcampuran = Σ Xi . µi didapatkan μGas

= 0,0231 cp = 2,31 x 10-5 kg/ms

Diffusivitas Gas, DG = 2,07 x 10-6 m2/s

-

Volumetrik rate, Qv

= 0,1297 m3/s

BMAVG

= 31,5851 kg/kmol

Liquid Masuk Laju alir massa, L’

= 2937,1027 kg/jam = 0,8159 kg/s

Viskositas Liquid, µL

= 0,455 cp = 0,000455 kg/ms

Densitas Liquid, ρL

= 982,174 kg/m3

Volumetrik rate, QL

= 0,00083 m3/s

Diffusivitas Liquid, DL = 1,43 x 107 m2/s BMAVG

= 18 kg/kmol

Dari Tabel 6.4 Mass-Transfer Operations, Robert E Treyball dipilih : -

Jenis Packing = Ceramic Raschig Ring

-

Nominal size = 2 in = 50,8 mm

Dari Tabel 6.3, 6.4 dan 6.5 didapatkan :

Universitas Sumatera Utara

Wall Thickness = 6 mm Cf = 65 CD = 135,6 ε

= 0,74

ap = 92 m2/m3 m = 31,52 n

=0

p

= 0,481

ds = 0,0725

4.1.Menentukan Diameter tower, Dt Lihat Grafik 6.34 Mass-Transfer Operations-Robert E Treyball L' G'

 ρG   ρL − ρG

  

0,5

= 0,0507

(Treyball, halaman 195)

L' Dengan menarik garis lurus nilai ' G

 ρG   ρL − ρG

0,5

  = 0,0507 ke garis pressure drop 

gas pada 400 (N/m2)/m, maka didapat ordinat = 0,0083 G 2 Cf μ L J = 0, 0083 ρ G (ρ L − ρ G )g c 0,1

 0,1ρ G (ρ L − ρ G )g c  G' =   0,1 Cf μ L J  

0.5

dimana, J = 1 dan gc = 1

G’ = 7,1461kg/m2s Tower Cross Sectional Area,

A=

G = 0,2888 m2 G'

Diameter Tower, Dt 4 A Dt =    π 

0,5

= 0,6062 m

Universitas Sumatera Utara

4.2.Menentukan Hold up Untuk Liquid

μL ρL DL

Sc L =

(Treyball,halaman 205)

Sc L = 3,2396 Untuk Gas

Sc G =

μG ρG DG

(Treyball,halaman 205)

Sc G = 0,7 L’ = 2,8253 kg/m2s Dari Tabel 6.5, untuk µL < 0,012, maka : β

= 1,508 x ds0,376 = 1,508 (0,0725)0,376 = 0,5622

Φ LSW =

Φ LSW =

2,47 × 10 −4

(d s )1,21

2,47 × 10 −4

(0,0725 )1,21

Φ LSW = 0,00591 Φ LTW =

(2,09 × 10 )(737,5 × L')

β

−6

ds 2

Φ LTW = 0,0292 ΦLOW = ΦLTW - ΦLSW ΦLOW = 0,0292 – 0,00591 ΦLOW = 0,0233

9,57 L'0,57 μ 0,13 H= ρ L 0,84 2,024 L'0,43 −1

(

)

 σ     0,073 

0,1737 − 0,262logL'

H = 0,8367

ΦLO = ΦLOW x H

Universitas Sumatera Utara

ΦLO = 0,0233 x 0,8367 ΦLO = 0,0195

0,0486 × μ L

Φ LS =

0,02

ds1,21ρ L

× σ 0,99

0,37

Φ LS = 0,1184 ΦLt = ΦLO + ΦLS

(Pers. 6.69, Treyball)

ΦLt = 0,0195 + 0,1184 ΦLt = 0,1379

4.3.Menentukan Interfacial Area Dari Tabel 6.4 m = 31,52 n

=0

p

= 0,481 n

aAW

 808 G'  p  =m  ρ 0,5  L'  G 

aAW

= 51,9456 m2/m3

aA

= a AW

Φ LO Φ LOW

(Pers. 6.73, Treyball)

= 43,4637 m2/m3 4.3.Operating Void Space dalam packing ε = 0,74

ε LO = ε − Φ LT

(Pers. 6.71, Treyball)

ε LO = 0,6021 4.4.Koefisien Fase Gas, FG FG S CG G

2/3

 dsG '  = 1,195   μ G (1 − ε LO ) 

−0,36

(Pers. 6.70, Treyball)

Universitas Sumatera Utara

G=

G' = 0,2262 BM

maka,

 0,0725 × 7,1461  FG (0,7 ) = 1,195  -5 0,2262  2,31 x 10 (1 − 0,6021) 2/3

−0,36

FG = 0,0067 4.5.Koefisien Fase Liquid, KL  ds L'  K L ds = 25,1  DL  μL 

0,45

S CL

0,5

(Pers. 6.72, Treyball)

KL = 1,393 x 10-3 kmol/m2s

C=

ρ L 982,174 = = 54,5652 BM 18

FL = KL x C = 1,393 x 10-3 kmol/m2 s x 54,5652 = 0,076 4.6.Koefisien Volumetrik FG x aA = 0,0067 x 43,4637 = 0,2904 kmol/m3s FL x aA = 0,0760 x 43,4637 = 3,3036 kmol/m3 s 4.7.Tinggi Transfer Unit, Htog H tg =

L=

G = 0,7791 FG × a A

L' = 0,1570 BM AVG

H tl =

L = 0,0475 FL × a A

Pada T = 62 0C, Tekanan parsial C3H4O2 = 0,8027 Pt = 1 bar = 0,9869 atm m=

P 0,8027 = = 0,8134 Pt 0,9869

H tog = H tg +

m G H tl L

(Pers. 8.54, Treyball)

H tog = 0,8348 Number of Transfer Unit, Ntog

Universitas Sumatera Utara

N tog =

y1 − y 2 y − y* m

(

)

dimana : y1 = Fraksi mol C3H4O2 dalam fase gas feed

= 0,0970

y2 = Fraksi mol C3H4O2 dalam fase gas top kolom

= 0,0099

x1 = Fraksi mol C3H4O2 dalam fase liquid bottom

= 0,1056

x2 = Fraksi mol C3H4O2 dalam solven

=0

y1* = m . x1 = 0,8134 x 0,1056 = 0,0859 y2* = m . x2 = 0,8134 x 0 = 0 N tog =

y1 − y 2   * *  y−y 1 − y−y   y − y* 1   ln   y − y*   2  

(

N tog =

  2    

) ( ) ( ) ( )

0,0970 − 0,0099      (0,0970 − 0,0859 )1 − (0,0099 − 0 )2     (0,0970 − 0,0859 )1   ln    (0,0099 − 0 )2   

N tog = 8,3126

4.8.Tinggi Packing,z Z = Htog x Ntog Z = 0,8348 x 8,3126 Z = 6,9397 m 4.9.Menentukan tinggi head kolom absorber, H H = 1/8 D = 0,0758 m Tinggi kolom absorber, H ab H ab = Z + 2H = 6,9397 m + 2 (0,0758) m = 7,0912 m

Universitas Sumatera Utara

4.10. Pressure Drop Pressure Drop untuk packing yang terbasahi dengan tinggi (z) = 6,9397 m ∆P1

=PxZ = 400 (N/m2)/m x 6,9397 m = 2775,8617 N/m2

 G'  ΔP2 = CD   z  ρ g 

2

( Pers 6.68 Treyball)

ΔP2 = 189,7658 N/m2 Total Pressure Drop :

ΔP = ΔP1 + ΔP2 2

ΔP = 2965,6275 N/m ΔP = 0,0293 atm

4.11. Tebal Dinding, t

t=

P . Da +C S E − 0,2P

(Tabel 4,halaman 537,

Peters) Tekanan Design (P)

= 1 bar = 0,9869 atm

Diameter tangki (D)

= 0,6062 m

Working Stress yang diizinkan (S) = 932,23 atm

(Hlmn 538, Peters)

Korosi yang diizinkan (C)

= 0,010 m

(Tabel 23.2, Peters)

Efisiensi Pengelasan (E)

= 0,85

(Hlmn 638, Coulson)

t = 0,0104 m OD = 2 t + D OD = 2 (0,0104) + 0,6062 m OD = 0,62699 m

Universitas Sumatera Utara

4. Cooling Colomn(CC-01) Fungsi

: Pemisahan dengan perbedaan fasa dengan penurunan titik didih

Tipe

: Packed Tower

Gambar

:

CC-01

Kondisi Operasi : -

Tekanan

= 1 bars

-

Temperatur = 40 oC

-

Gas Masuk

Laju alir massa, G’ = 5669,6986 kg/jam = 1,5749 kg/s Densitas, ρ pada 40 oC (313,75 K) ρcampuran dihitung menggunakan rumus : 1 ρ campuran

=∑

Xi ρi

didapatkan ρGas = 421,6536 kg/m3 = 26,323738 lb/ft3 Viskositas Gas, µG Viskositas masing-masing komponen dicari menggunakan grafik 2-32, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. Didapatkan :

Senyawa

m, kg

n, kmol

Xi

μi, cp

C3H8

27,3638

0,620543778 0,000879544

0,00862

H2O

974,2873

54,08140711 0,031316134

0,6441

O2

2000,8597

62,52921323 0,064312845

0,0218

Universitas Sumatera Utara

N2

27163,6935

970,1319132 0,873111863

0,019

C3H4O

56,6682

1,010772963 0,001821466

0,288

CH3COOH

0,12853

0,002140405 4,13151E-06

0,8959

CO2

107,7951

2,449338983 0,003464817

0,0155

C3H4O2

780,5589

10,83151429 0,025089199

1,069

31111,35551

1

Viskositas campuran menggunakan rumus : µcampuran = Σ Xi . µi didapatkan μGas = 0,0656 cp = 6,56 x 10-5 kg/ms Diffusivitas Gas, DG = 3,59 x 10-6 m2/s

-

Volumetrik rate, Qv

= 0,020495597 m3/s

BMAVG

= 27,36289962 kg/kmol

Liquid Masuk

Laju alir massa, L’

= 6081,174666 kg/jam = 1,689215185 kg/s

Viskositas Liquid, µL

= 0,6441 cp = 0,0006441 kg/ms

Densitas Liquid, ρL

= 995,5 kg/m3

Volumetrik rate, QL

= 0,001696851 m3/s

Diffusivitas Liquid, DL = 1,72 x 10-9 m2/s BMAVG

= 18,0152 kg/kmol

Dari Tabel 6.4 Mass-Transfer Operations, Robert E Treyball dipilih : -

Jenis Packing = Ceramic Raschig Ring

-

Nominal size = 2 in = 50 mm

Dari Tabel 6.3, 6.4 dan 6.5 didapatkan : Wall Thickness = 6 mm Cf = 65 CD = 135,6 ε

= 0,74

ap = 92 m2/m3

Universitas Sumatera Utara

m = 31,52 n

=0

p

= 0,481

ds = 0,0725

Menentukan Diameter tower, Dt Lihat Grafik 6.34 Mass-Transfer Operations-Robert E Treyball L' G'

 ρG   ρL − ρG

  

0,5

= 0,16755163

L' Dengan menarik garis lurus nilai ' G

(Treyball, halaman 195)  ρG   ρL − ρG

0,5

  = 0,16755163 ke garis pressure 

drop gas pada 400 (N/m2)/m, maka didapat ordinat = 0, 06 G 2 Cf μ L J = 0, 06 ρ G (ρ L − ρ G )g c 0,1

 0,1ρ G (ρ L − ρ G )g c  G' =   0,1 Cf μ L J  

0.5

dimana, J = 1 dan gc = 1

G’ = 2,157978059 kg/m2s Tower Cross Sectional Area,

A=

G = 4,004694654 m2 G'

Diameter Tower, Dt 4 A Dt =    π 

0,5

= 2,258654877 m

5.1.Menentukan Hold up Untuk Liquid

Sc L =

μL ρL DL

(Treyball,halaman 205)

Sc L = 3,77 Untuk Gas

Sc G =

μG ρG DG

(Treyball,halaman 205)

Universitas Sumatera Utara

Sc G =

6,56 x 10 -5 421,6536 x 1,04 x 10 -5

Sc G = 0,0433 L’ = 0,421808735 kg/m2s Dari Tabel 6.5, untuk µL < 0,012, maka : β

= 1,508 x ds0,376 = 1,508 (0,0725)0,376 = 0,5622

Φ LSW =

Φ LSW =

2,47 × 10 −4

(d s )1,21

2,47 × 10 −4

(0,0725 )1,21

Φ LSW = 0,0591 Φ LTW =

(2,09 × 10 )(737,5 × L')

β

−6

ds 2

Φ LTW = 0,060284255 ΦLOW = ΦLTW - ΦLSW ΦLOW = 0,060284255 – 0,0591 ΦLOW = 0,001170579

9,57 L'0,57 μ 0,13 H= ρ L 0,84 2,024 L'0,43 −1

(

)

 σ     0,073 

0,1737 − 0,262logL'

H = 1,088470859

ΦLO = ΦLOW x H ΦLO = 0,001170579 x 1,088470859 ΦLO = 0,001274141

Φ LS =

0,0486 × μ L

0,02

ds1,21ρ L

× σ 0,55

0,37

Φ LS = 0,11848275 ΦLt = ΦLO + ΦLS

(Pers. 6.69, Treyball)

Universitas Sumatera Utara

ΦLt = 0,001274141 + 0,11848275 ΦLt = 0,119756892

5.2.Menentukan Interfacial Area Dari Tabel 6.4 m = 31,52 n

=0

p

= 0,481 n

aAW

 808 G'  p  =m  ρ 0,5  L'  G 

aAW

= 20,80974687 m2/m3

aA

= a AW

Φ LO Φ LOW

(Pers. 6.73, Treyball)

= 22,53897973 m2/m3 5.3.Operating Void Space dalam packing ε = 0,74

ε LO = ε − Φ LT

(Pers. 6.71, Treyball)

ε LO = 0,620243108 5.4.Koefisien Fase Gas, FG FG S CG G

G=

2/3

 dsG '  = 1,195   μ G (1 − ε LO ) 

−0,36

(Pers. 6.70, Treyball)

G' = 0,078865109 BM

maka,   FG (0,015) 0,0725 × 2,15797 = 1,195  -5 0,0788651  6,56 x 10 (1 − 0,623867 )  2/3

−0,36

FG = 0,203 5.5.Koefisien Fase Liquid, KL  ds L'  K L ds = 25,1  DL  μL 

0,45

S CL

0,5

(Pers. 6.72, Treyball)

Universitas Sumatera Utara

KL = 6,55 x 10-6 kmol/m2s C=

ρL 995,5 = = 55,25889 BM 18,015

FL = KL x C = 6,55 x 10-6 kmol/m2 s x 55,25889 = 0,000362212 5.6.Koefisien Volumetrik FG x aA = 0,203 x 22,53897973 = 4,6 kmol/m3s FL x aA = 0,0003622 x 22,53897973 = 0,0082043 kmol/m3 s 5.7.Tinggi Transfer Unit, Htog H tg = L=

G = 0,00172 FG × a A

L' = 0,023414 BM AVG

H tl =

L = 2,85384535 FL × a A

Pada T = 62,90C, Tekanan parsial C3H4O2 = 0,263157 atm Pt = 1,1 bar = 1,7764 atm m=

P 0,263157 = = 0,24240 Pt 1,7764

H tog = H tg +

m G H tl L

(Pers. 8.54, Treyball)

H tog = 2,33 Number of Transfer Unit, Ntog

N tog =

y1 − y 2 y − y* m

(

)

dimana : y1 = Fraksi mol C3H4O2 dalam fase gas feed

= 0,0098

y2 = Fraksi mol C3H4O2 dalam fase gas top kolom = 0,000089 x1 = Fraksi mol C3H4O2 dalam fase liquid bottom = 0,00017 x2 = Fraksi mol C3H4O2 dalam solven

=0

y1* = m . x1 = 0,24240 x 0,000176897 = 0,00004288 y2* = m . x2 = 0,24240 x 0 = 0

Universitas Sumatera Utara

N tog =

y1 − y 2   * *  y−y 1 − y−y   y − y* 1    ln *  y y −  2  

(

N tog =

) ( ( ) ( )

  2    

)

0,07238 − 0,0013      (0,07238 − 0,0087 )1 − (0,0013 − 0 )2     (0,07238 − 0,0087 )1   ln   (0,0013 − 0)2    

N tog = 4,712996038 5.8.Tinggi Packing,z Z = Htog x Ntog Z = 2,33 x 4,712996038 Z = 10,98991488 m

5.9.Menentukan tinggi head kolom absorber, H H = 1/8 D = 0,28233186 m Tinggi kolom absorber, H ab

H ab = Z + 2H = 10,98991488 m + 2 (0,28233186) m = 11,5545786 m

5.10. Pressure Drop Pressure Drop untuk packing yang terbasahi dengan tinggi (z) = 10,98991488 m ∆P1

=PxZ = 400 (N/m2)/m x 10,98991488 m = 4395,965953 N/m2

 G'  ΔP2 = CD   z  ρ g 

2

( Pers 6.68 Treyball)

ΔP2 = 0,039033398 N/m2 Total Pressure Drop :

Universitas Sumatera Utara

ΔP = ΔP1 + ΔP2 2

ΔP = 4396,004987 N/m ΔP = 0,043385196 atm

5.11. Tebal Dinding, t

t=

P . Da +C S E − 0,2P

(Tabel 4,halaman 537, Peters)

Tekanan Design (P)

= 1,8 bar = 1,7764 atm

Diameter tangki (D)

= 2,258654877 m

Working Stress yang diizinkan (S) = 932,23 atm (Hlmn 538, Peters) Korosi yang diizinkan (C)

= 0,010 m

(Tabel 23.2, Peters)

Efisiensi Pengelasan (E)

= 0,85

(Hlmn 638, Coulson)

t = 0,033841234 m OD = 2 t + D OD = 2 (0,033841234) + 2,258654877 m OD = 2,326337345 m

5. KOLOM DISTILASI – 01 (KD – 01) Fungsi

: Memisahkan air dari campuran produk

Tipe

: Sieve Tray Tower

Gambar

:

Universitas Sumatera Utara

a. Feed P = 1 bar

= 0,9869 atm

T = 107 oC

= 380,15 oK

Komponen

Pi

Xi

Ki = Pi/P

1,120833663 0,92689493

H2O CH3COOH

Yi = Xi . Ki

1,120833663 1,03889504

0,866388711 0,001401087 0,866388711 0,001213886

C3H4O2

1,3365856

0,071703983 1,3365856 Total

0,095838511 1,135947437

TOP P = 1,065 atm

= 1,08 bar

o

= 377,687 oK

T = 104,537 C Komponen H2O CH3COOH

Kmol

XD

Ki = Pi/P

Yi = XD / Ki

293,2057

0,9999

1,000046

0,.999946213

0,0022

7,5958

0,077448

9,80761E-05

Total

1,000044289

BOTTOM P = 0,9869 atm = 1 bar T = 107 oC Komponen

= 380,15 oK Kmol

XB

1,4733

0,0596

1,1208

0,0668

CH3COOH 0,4432

0,0179

0,8663

0,0155

0,9224

1,3365

1,2329

H2O

C3H4O2

22,7961

Total

Ki = Pi/P

Yi = XB . Ki

1,3152

Universitas Sumatera Utara

A. Desain Kolom Destilasi a. Menentukan Relatif Volatilitas, α Komponen kunci : Light Key

: air

Heavy Key

: asam asetat

α=

K LK K HK

(Ludwig,E.q 8.13)

αD = KLK / KHK = 12,9123 αB = KLK / KHK = 0,6482

α Avg =



top

+ α bottom )

(Ludwig,E.q 8.11)

2

= 6,78027 b. Menentukan Stage Minimum Dengan menggunakan metode Fenske ( R. Van Wingkle;eg : 5.118 ; p 236) NM =

Log [( X LK / X HK )D x ( X HK / X LK )B ] Log (α Avg )

NM =

Log [(0,9999 / 0,0000076)D x (0,01793 / 0.05962 )B ] Log (6,7803)

N M = 5,5311 Karena menggunakan reboiler maka Nm = 4,5311 c. Mencari Refluks Ratio Minimum Rm = Rm =

1  X d LK α (1 − X d LK )  −  (1 − X F LK )  α − 1  X F LK

 0,9999 6,7803 (1 − 0,9999)  1 −  (1 − 0,9269)  6,7803 − 1  0,9269

Rm = 0,1865

d. Teoritical Tray Pada Actual reflux – Methode Gilliland Diketahui

: Rm = 0,1865 Nm = 4,5311

Universitas Sumatera Utara

Untuk menentukan jumlah plate toritis digunakan korelasi gilliland sehingga didapat nilai R = 0,35 dan N teoritis = 8,2 = 8 O’Conneil’s correlation = 51 – [32.5 x log (μa x αa)]

Eo

Dimana: μa

= Viskositas liquid molar rata-rata,Ns/m2

αa

= Relatif Volatility rata-rata LK

Eo = 49,745 % = 50 %

e. Actual Stage N’ actual

=

Nteoritis Eo

=

8 0,5

= 16 N actual

= 16 + 1 (stage reboiler) = 17

f. Menentukan Feed Location. Feed location ditentukan dengan menggunakan metode Kirkbride.  m B  X = 0,206 Log   HK Log p D X    LK

  ( X LK )B      F  ( X HK )D 

2

    

(J.M Coulson vol.6 Eq

11.62))

 24,7128  0,001401   0,05962  m    = 0,206 Log  Log  p  293,208  0,9269   0,0000076  Log

2

  

m = 0,80233 p

m p

= 6,3435

m

= 6,3435 p

Universitas Sumatera Utara

N

= m+p

(RE.Treyball,

p.311) 17

= 6,3435 p + p

p

= 3

m

= 14

Dari perhitungan diketahui : • m (Rectifying section )

= 14 tray

• p (Striping section )

= 3 tray

Jadi Feed masuk pada stage ke 2 dari puncak kolom destilasi.

B. Desain kolom bagian atas (Rectifying section) a. Data fisik untuk rectifying section D

= 5277,8376 kg/jam = 1,46606 kg/s

L

= R.D = 0,35 (5277,8376 kg/jam) = 1847,2432 kg/jam = 0,51312 kg/s

V

= L+D = 1847,2432 kg/jam + 5277,8376 kg/jam = 7125,0808 kg/jam = 1,9792 kg/s Data Fisik

Vapour

Liquid

Mass Flow rate (kg/det)

1,9792

0,51312

Density (kg/m3)

62,88

998,6

11,225

0,00222

3

Volumetric Flow rate (m /det) Surface tention (N/m)

0,5954

Universitas Sumatera Utara

b. Diameter kolom • Liquid –Vapour Flow Factor (FLV) FLV

ρV ρL

=

LW VW

=

1847,2432 kg / jam 7125,0808 kg / jam

(J

M.Couldson.

Eq.11.82) FLV

62,88 998,6

= 0,065 • Ditentukan tray spacing = 0,3 m • Dari figure 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, 1 . JM. Couldson didapat nilai konstanta K1 = 0,062 • Koreksi untuk tegangan permukaan K1*

σ  =    20 

0, 2

K1

 0,5954  =    20 

0, 2

0,06

= 0,03 • Kecepatan Flooding (uf ) uf

= K1 *

ρ L − ρV ρV

= 0,03

(998,6 − 62,88) 62,88

(J

M.Couldson.

Eq.11.81)

= 0,1146 m/s ∧

• Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( u ) ∧

u

= 0,85 . uf

(J M.Couldson. p.472)

= 0,85 . 0,1146 m/s = 0,097 m/s • Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks

=

V ρV . 3600

(J M.Couldson. p.472)

Universitas Sumatera Utara

=

7125,0808 kg / jam 62,88 kg / m3 .3600

= 0,03147 m3/s • Net area yang dibutuhkan (An) An

=

U V maks

(J M.Couldson. p.472)



u =

0,03147 m3 / s 0,097 m / s

= 0,3231 m2 • Cross section area dengan 12 % downcormer area (Ac) Ac

=

An 1 − 0,12

=

0,3231 m 2 = 0,36715 m2 1 − 0,12

(J M.Couldson. p.472)

• Diameter kolom (Dc) Dc

=

4 Ac 3,14

=

4 (0,36715) m 2 ) 3,14

(J M.Couldson. p.472)

= 0,6839 m c. Desain plate • Diameter kolom (Dc)

= 0,6839 m

• Luas area kolom (Ac) Ac

Dc 2 . 3,14 = 4

(J M.Couldson. p.473)

(0,6839 ) 2 .3,14 = 4

= 0,36715 m2 • Downcomer area (Ad) Ad

= persen downcomer x Ac

(J M.Couldson. p.473)

2

= 0,12 (0,36715 m ) = 0,04406 m2

Universitas Sumatera Utara

• Net area (An) An

= Ac – Ad = 0,36715 m2 – 0,04406 m2 = 0,3231 m2

• Active area (Aa) Aa

= Ac – 2 Ad

(J M.Couldson. p.473)

= 0,36715 m2 – 2 (0,04406 m2) = 0,279 m2 • Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah

= 10 % . Aa = 0,0279 m2

• Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Ordinat Absisca

=

Ad x 100 Ac

=

=

Iw Dc

= 0,76

0,04406 x100 0,36715

= 12

Sehingga : Iw

= Dc . 0,76 = 0,6839 m . 0,76 = 0,51976 m

• Maks vol liquid rate

= L/ρL. 3600 = 0,0005138 m3/s

Dari figure 11.28 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,0005138 m3/s digunakan reverse flow. • Penentuan nilai weir height (hw) , hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw)

= 50 mm

((J M.Couldson. p.571)

Hole diameter (dh)

= 5 mm

((J M.Couldson. p.573)

Plate thickness

= 5 mm

((J M.Couldson. p.573)

Universitas Sumatera Utara

d. Pengecekan Check weeping  Maximum liquid rate (Lm,max) Lm,max

=

L 3600

=

1847,2432 kg / jam 3600

(J.M.Couldson.

p.473) = 0,5131 kg/s  Minimum liqiud rate (Lm,min) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min

= 0,7 Lm, max

(J.M.Couldson.

p.473) = 0,7 (0,5131 kg/s) = 0,3592 kg/s  Weir liquid crest (how) how

 Lm  = 750    ρ l Iw 

2

3

(J.M.Couldson.

Eq.11.85) how,maks

 Lm, maks  = 750    ρ l Iw 

2

3

  0,5131 kg / det = 750   3  998,6 kg / m x 0,51976 

2

3

= 7,44295 mm liquid how,min

 Lm, min  = 750    ρ l Iw 

2

3

  0,3592 kg / det = 750   3  998,6 kg / m × 0,51976 

2

3

= 5,86783 mm liquid Pada rate minimum hw + how

= 50 mm + 5,86783 mm = 55,86783 mm

Dari figure 11.30 JM. Couldson ed 6

Universitas Sumatera Utara

K2

= 30,2

 Minimum design vapour velocity (ŭh) Ŭh

=

[K 2 − 0,90 (25,4 − dh )] 1 (ρ V ) 2

=

[30,2 − 0,90 (25,4 − 5)] 1 (62,88) 2

(J.M.Couldson.

Eq.11.84)

= 1,4931 m/s  Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual) Uv,min actual

0,7 × Uv maks Ah

= (J.M.Couldson..Eq.11.84) =

0,7 × 0,031475 0,0279

= 0,7896 m/s  Jadi minimum operating rate harus berada diatas nilai weep point. Plate pressure drop  Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Ǚh

=

Uv, maks Ah

(J.M.Couldson..p.473)

= 1,128 m/s  Dari figure 11.34 JM. Couldson ed 6, untuk : Plate thicness hole diameter

= 1

Ah Ah = Aa Ap

= 0,1

Ah x 100 Ap

= 10

Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,84

Universitas Sumatera Utara

 Dry plate drop (hd) 2

hd

 ∧  Uh ρ 51   V  Co  ρ L  

= (J.M.Couldson..Eq.11.88) = 5,791 mm liquid

 Residual head (hr) hr

12,5 .10 3

=

ρL

(J.M.Couldson..Eq.11.89) =

12,5 .10 3 998,6

= 12,5175 mm liqiud  Total pressure drop (ht) ht

= hd + (hw + how) + hr

(J.M.Couldson..p.474)

= 75,7515 mm liquid Asumsi pressure drop 100 mm liquid per plate, sehingga ht = 75,7515 mm dapat diterima.

Downcomer liquid backup  Downcomer pressure loss (hap) hap

= hw – (10 mm)

(J.M.Couldson..p.577)

= 50 – 10 = 40 mm

 Area under apron (Aap) Aap

= hap . Iw

(J.M.Couldson..p.474)

= 40 x 10-3 . 0,51976 m = 0,0208 m2

Universitas Sumatera Utara

Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,044 m2), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc)  Head loss in the downcomer (hdc) hdc

 Lm, max  166    ρ L Aap 

=

2

(J.M.Couldson..Eq.11.92)  0,5131  = 166    998,6 . 0,0208 

2

= 0,1014 mm  Back up di downcomer (hb) hb

= (hw + how) + ht + hdc

(J.M.Couldson..p.474)

= 133,2958 mm = 0,133296 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2 (plate spacing + weir height)/2

= 0,175 m, Ketentuan bahwa nilai

hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474) Check resident time (tr) tr

Ad × hdc × ρ L Lm, maks

= (J.M.Couldson..Eq.11.95) =

0,044 × 0,1014 × 998,6 0,5131

= 11,4292 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s , telah terpenuhi.

Universitas Sumatera Utara

Check Entrainment  Persen flooding actual. uv

=

Uv maks An

=

0,031475 0,3231

(J.M.Couldson..p.474)

= 0,0974 m/s % flooding =

=

uv x100 uf

(J.M.Couldson..p.474)

0,0974 x100 0,1146

= 85%  Untuk nilai FLV = 0,065 dari figure 11.29 JM. Couldson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,05 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.475) e. Trial plate layout Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones.  Dari figure 11.32 JM. Couldson ed 6 pada

Iw 0,51976 = = 0,76 Dc 0,6839

Di dapat nilai θC = 102 O  Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ

= 180 - θC

(J.M.Couldson..p.475)

= 180 – 102 = 78 O  Mean length, unperforated edge strips (Lm) Lm

θ  = (Dc − hw) x 3,14    180 

(J.M.Couldson..p.475)

78  = (0,6839 − 50 x10− 3 ) x 3,14    180 

Universitas Sumatera Utara

= 0,8625 m  Area of unperforated edge strip (Aup) Aup

= hw . Lm

(J.M.Couldson..p.475)

= 50 x 10-3 . 0,8625 = 0,0431 m2  Mean length of calming zone (Lcz) Lcz

θ  = ( Dc − hw) sin  C   2 

(J.M.Couldson..p.475)

102  = (0,6839 − 50 x10− 3 ) sin    2 

= 0,4926 m  Area of calming zone (Acz) Acz

= 2 ( Lcz . hw)

(J.M.Couldson..p.475)

= 2 (0,4926. 50 .10-3) = 0,04926 m2  Total area perforated (Ap) Ap

= Aa – (Aup + Acz)

(J.M.Couldson..p.475)

= 0,2790 – (0,0431 + 0,04926) =

0,1866 m2

Dari figure 11.33 JM. Couldson ed 6 di dapat nilai Ip/dh = 2,6 untuk nilai Ah/Ap = 0,1494  Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh) Aoh

= 3,14

dh 2 4

(J.M.Couldson..p.475)

(50 x10−3 ) 2 = 3,14 4

= 0,000019625 m2 Jumlah holes = =

Ah Aoh

(J.M.Couldson..p.475)

0,0279 0,000019625

= 1421,84

Universitas Sumatera Utara

= 1422 holes f. Ketebalan minimum kolom bagian atas. Ketebalan dinding bagian head, thead

P.Da + Cc 2.S .E j − 0,2.P

t=

( Peter Tabel.4 Hal 537)

Ketebalan dinding bagian silinder, tsilinder P.ri + Cc S .E j − 0,6.P

t=

( Peter Tabel.4 Hal 537)

Dimana : P = Tekanan Design

= 1,06 atm

D = Diameter tanki

= 0,6839 m

ri = Jari-jari tanki

= 0,3419 m

S = Tekanan kerja yang diinginkan = 932,2297 atm Cc = Korosi yang diinginkan

= 0,02 m

Ej = Efisien pengelasan

= 0,85

a

=2 thead

=

1,06 atm x 0,6839 m + 0,02 m 2.(932,2297 atm x 0,85) − 0,2 x1,06 atm

= 0,0204575 m = 2,04575 cm tsilinder =

1,06 atm x 0,6839 m + 0,02 m (932,2297 atm x 0,85) − 0,6 x1,06 atm

= 0,020478 m = 2,0478 cm Sehingga : OD = ID + 2tsilinder = 0,6839 m + 2 (0,020478 m) = 0,72481 m C. Desain kolom bagian bawah (Striping section) a. Data fisik untuk rectifying section F

= 1694,4391 kg/jam = 0,47067 kg/s

L*

= F + L

Universitas Sumatera Utara

= 1847,2432 kg/jam = 0,5131 kg/s V*

= V + (q–1)xF = 7125,0808 kg/jam = 1,9792 kg/s Data Fisik

Vapour

Liquid

Mass Flow rate (kg/det)

1,9792

0,9838

Density (Kg/m3)

34,05

1015

10,4583

0,01109

Volumetric Flow rate (m3/det) Surface tention (N/m)

0,2191

b. Diameter kolom • Liquid –Vapour Flow Factor (FLV) FLV

ρV ρL

=

LW VW

=

3541,68 kg / jam 34,05 7125,08 kg / jam 1015

(J

M.Couldson.

Eq.11.82) FLV

= 0,091 • Ditentuakan tray spacing = 0,3 m • Dari figure 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, . JM. Couldson didapat nilai konstanta K1 = 0,059 • Koreksi untuk tegangan permukaan K1*

σ  =    20 

0, 2

K1

 0,2191  =    20 

0, 2

0,059

= 0,0239 • Kecepatan Flooding (uf )

Universitas Sumatera Utara

uf

ρ L − ρV ρV

= K1 *

(J

M.Couldson.

Eq.11.81) 1015 − 34,05 34,05

= 0,0239

= 0,1284 m/s ∧

• Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( u ) ∧

u

= 0,85 . uf

(J M.Couldson. p.472)

= 0,85 . 0,1284 m/s = 0,1091 m/s • Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks

=

V ρV . 3600

(J M.Couldson. p.472)

= 0,0581 m3/s • Net area yang dibutuhkan (An) An

=

U V maks

(J M.Couldson. p.472)



u = 0,5326 m2 • Cross section area dengan 12 % downcormer area (Ac) Ac

=

An 1 − 0,12

(J M.Couldson. p.472)

= 0,60524 m2 • Diameter kolom (Dc) Dc

=

4 Ac 3,14

(J M.Couldson. p.472)

= 0,8781 m c. Desain plate • Diameter kolom (Dc)

= 0,8781 m

• Luas area kolom (Ac) Ac

=

Dc 2 . 3,14 4

(J M.Couldson. p.473)

Universitas Sumatera Utara

= 0,60524 m2 • Downcomer area (Ad) Ad

= persen downcomer x Ac

(J M.Couldson. p.473)

= 0,12 (0,60524 m2) = 0,0726 m2 • Net area (An) An

= Ac – Ad = 0,60524 m2 – 0,0726 m2 = 0,5326 m2

• Active area (Aa) Aa

= Ac – 2 Ad

(J M.Couldson. p.473)

= 0,60524 m2 – 2 (0,0726 m2) = 0,45998 m2 • Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah

= 10 % . Aa = 0,046 m2

• Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Ordinat

=

Ad x 100 Ac

= 12

Absisca

=

Iw Dc

= 0,76

Sehingga : Iw

= Dc . 0,76 = 0,8781 m . 0,76 = 0,6673 m

• Maks vol liquid rate

= L/ρL. 3600 = 0,0009693

Dari figure 11.28 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,0009693 digunakan

reverse flow.

• Penentuan nilai weir height (hw) , hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw)

= 50 mm

((J M.Couldson. p.571)

Universitas Sumatera Utara

Hole diameter (dh)

= 5 mm

((J M.Couldson. p.573)

Plate thickness

= 5 mm

((J M.Couldson. p.573)

d. Pengecekan Check weeping  Maximum liquid rate (Lm,max) Lm,max

=

L 3600

(J.M.Couldson.

p.473) = 0,9838 kg/det  Minimum liqiud rate (Lm,min) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min

= 0,7 x Lm, max

(J.M.Couldson.

p.473) = 0,7 (0,9838 kg/det) = 0,68866 kg/det  Weir liquid crest (how) how

 Lm  = 750    ρ l Iw 

2

3

(J.M.Couldson.

Eq.11.85) how,maks

 Lm, maks  = 750    ρ l Iw 

2

3

= 9,6189 mm liquid how,min

 Lm, min  = 750    ρ l Iw 

2

3

= 7,5833 mm liquid Pada rate minimum hw + how

= 50 mm + 7,5833 mm = 50,5833 mm

Dari figure 11.30 JM. Couldson ed 6 K2

= 30,1

Universitas Sumatera Utara

 Minimum design vapour velocity (ŭh) Ŭh

=

[K 2 − 0,90 (25,4 − dh )] 1 (ρ V ) 2

(J.M.Couldson.

Eq.11.84) = 2,0119 m/s  Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual) Uv,min actual

0,7 × Uv maks Ah

= (J.M.Couldson..Eq.11.84) = 0,88456 m/s

 Jadi minimum operating rate harus berada diatas nilai weep point. Plate pressure drop  Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Ǚh

=

Uv, maks Ah

(J.M.Couldson..p.473)

= 1,2636 m/s  Dari figure 11.34 JM. Couldson ed 6, untuk : Plate thicness hole diameter

= 1

Ah Ah = Aa Ap

= 0,1

Ah x 100 Ap

= 10

Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,84  Dry plate drop (hd) 2

hd

=

 ∧  Uh ρ 51   V  Co  ρ L  

(J.M.Couldson..Eq.11.88) = 3,8718 mm liquid

Universitas Sumatera Utara

 Residual head (hr) hr

12,5 .10 3

=

ρL

(J.M.Couldson..Eq.11.89) = 12,31527 mm liqiud  Total pressure drop (ht) ht

= hd + (hw + how) + hr

(J.M.Couldson..p.474)

= 75,8060 mm liquid Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih kecil dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474) Downcomer liquid backup  Downcomer pressure loss (hap) hap

= hw – 10 mm

(J.M.Couldson..p.477)

= 50 – 10 = 40 mm  Area under apron (Aap) Aap

= hap . Iw

(J.M.Couldson..p.474) 2

= 0,0267 m

Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,07263 m2), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc)  Head loss in the downcomer (hdc) hdc

=

 Lm, max  166    ρ L Aap 

2

(J.M.Couldson..Eq.11.92) = 0,21887 mm  Back up di downcomer (hb) hb

= (hw + how) + ht + hdc

(J.M.Couldson..p.474)

= 135,6438 mm = 0,13564 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2

Universitas Sumatera Utara

(plate spacing + weir height)/2

= 0,175 m, Ketentuan bahwa nilai

hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.474)

Check resident time (tr) tr

Ad × hdc × ρ L Lm, maks

= (J.M.Couldson..Eq.11.95) = 10,1641 s

Nilai tr lebih besar dari 3 s. Check Entrainment  Persen flooding actual. =

uv

Uv maks An

(J.M.Couldson..p.474)

= 0,10913 m/s % flooding =

uv x 100 uf

(J.M.Couldson..p.474)

= 85%  Untuk nilai FLV = 0,091 dari figure 11.29 JM. Couldson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,038 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (J.M.Couldson..p.475) e. Trial plate layout Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones.  Dari figure 11.32 JM. Couldson ed 6 pada

Iw = 0,76 Dc

Di dapat nilai θC = 102 O  Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ

= 180 - θC

(J.M.Couldson..p.475)

= 180 – 102 = 78 O

Universitas Sumatera Utara

 Mean length, unperforated edge strips (Lm) Lm

θ  = (Dc − hw) x 3,14    180 

(J.M.Couldson..p.475)

= 1,1267 m  Area of unperforated edge strip (Aup) Aup

= hw . Lm

(J.M.Couldson..p.475)

= 50 x 10-3 . 1,1267 m = 0,0563 m2  Mean length of calming zone (Lcz) Lcz

θ  = ( Dc − hw) sin  C   2 

(J.M.Couldson..p.475)

= 0,6343 m  Area of calming zone (Acz) Acz

= 2 ( Lcz . hw)

(J.M.Couldson..p.475) -3

= 2 (0,6343 x 50 .10 ) = 0,06343 m2  Total area perforated (Ap) Ap

= Aa – (Aup + Acz)

(J.M.Couldson..p.475)

= 0,3402 m2 Dari figure 11.33 JM. Couldson ed 6 di dapat nilai Ip/dh = 2,7 untuk nilai Ah/Ap = 0,1352  Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh) Aoh

= 3,14

dh 2 4

= 3,14

(5 x10 −3 ) 2 4

(J.M.Couldson..p.475)

= 0,000019625 m2 Jumlah holes =

Ah Aoh

(J.M.Couldson..p.475)

= 2343,868 = 2344 holes

Universitas Sumatera Utara

f. Ketebalan minimum kolom bagian bawah. Ketebalan dinding bagian head, thead t=

P.Da + Cc 2.S .E j − 0,2.P

( Peter Tabel.4 Hal 537)

Ketebalan dinding bagian silinder, tsilinder t=

P.ri + Cc S .E j − 0,6.P

( Peter Tabel.4 Hal 537)

Dimana : P

= Tekanan Design

= 0,9869 atm

D = Diameter tanki

= 0,8781 m

ri

= Jari-jari tanki

= 0,439 m

S

= Tekanan kerja yang diinginkan= 932,226 atm

Cc = Korosi yang diinginkan

= 0,02 m

Ej = Efisien pengelasan = 0,85 A=2 thead

=

0,9869 atm x 0,8781 m + 0,02 m 2.(932,226 atm x 0,85) − 0,2 x 0,9869 atm

= 0,0205469 m = 2,05469 cm tsilinder =

0,9869 atm x 0,8781 m + 0,02 m (932,226 atm x 0,85) − 0,6 x 0,9869 atm

= 0,0205472 m = 2,05472 cm Sehingga : OD = ID + 2tsilinder = 0,8781 m + 2 (0,0205472 m) = 0,9191 m

D. Efisiensi Tray Perhitungan Efisiensi Tray menggunakan Van Winkle’s Correlation EmV

= 0,07 . (Dg)0,14 . (Sc)0,25 . (Re)0,08

Dimana : ρV

= 6,0305

ρl

=

Universitas Sumatera Utara

µL

= 9,64 x 10-3 N.s/m2

µV

= 1,22 x 10-2 N.s/m2 =

1,173 x10−13 .(Φ.M ) .T µ . Vm 0,6

=

1,173x10−13 .(1 × 18,0125) .380,15 = 7,3863 x 10-8 0, 6 −2 1,22 x10 . (0,074)

0.5

DLK

0.5

hw

= 50 mm

FA (Fractional Area) = Ah / Ac = 0,076 uV

= Superficial vapour velocity = 23,9262 m/s

σL

= 0,40725 N/m

Dg

=

 σL     µ L . uv 

Sc

=

 µL   pL . DLK

Re

=

 hw . uv . pv    = 103000  µ L . FA 

EmV

= 0,07 . (1,766)0,14 . (129,6027)0,25 . (103000)0,08

= 1,766

  

= 129,6027

= 0,6438 = 64,38 %

E. Tinggi tangki H = [N1. Tray spacing1 + (N2 + 1). Tray spacing2] / EmV = [(14 . 0,3) + (3 + 1) . 0,3] / 0,6438 = 7,9216 m He = tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = 0,2195 m Ht = H + 2 . He = 7,9216 m + 2 . (0,2195 m) = 8,36 m

Universitas Sumatera Utara

Diameter kolom

Diameter

Tinggi

Bahan

bawah

kolom

kolom

Kolom

konstruksi

(m)

atas (m)

(m)

(KD-01)

Carbon steel

0.8781

0.6839

8.3607

0.6438

17

(KD-02)

Carbon steel

1.4436

1.3602

10.1425 0.6369

46

Efisiensi

Jumlah

Tray

plate

6. REBOILER-01 (RB-01) Fungsi

: Menguapkan kembali bottom product KD-01

Tipe

: Kettle Reboiler Vapor ke KD - 01

Gambar

: Steam in

Steam out Bottom KD - 01 Out Bottom KD - 01 in

Fluida Panas : Saturated Steam W

= 9607,1335 kg/jam = 21135,6938 lb/jam

T1

= 200oC = 392oF

T2

= 200oC = 392oF

Fluida Dingin : Bottom Product KD-01 w

= 28834,6837 kg/jam = 63436,30 lb/jam

t1

= 107 oC = 224,6oF

t2

= 107 oC = 224,6oF

Perhitungan: a.

Beban Panas RB-01 Q = 29701200.6373 kJ/jam = 28129591.3067 Btu/jam

b.

LMTD Fluida Panas

Fluida Dingin

(oF)

(oF)

Selisih

500

Suhu tinggi

224,6

275,4

500

Suhu rendah

224,6

275,4

Universitas Sumatera Utara

0

Selisih

0

0

LMTD = Isothermal Boiling Point LMTD = 275,4 oF Tc = 392oF

c.

tc = 224,6 oF dimana: tc = ta 

Asumsi UD = 60 Btu/hr.ft2.oF A = 1702,3476 ft2 Jumlah tube, Nt = 433,4982 Pada tabel 9 Kern, jumlah tube yang memenuhi adalah 430



Rencana Klasifikasi Tube Side Length

= 15 ft

OD

= 1 in

BWG

= 16

Pitch

= 1,25 in

Pass

=4

a’

= 0,2618 ft2/ft

Tube Bundle  Nt  Tube bundle diameter = do    Ki 

1

ni

Tabel 12.4 Coulson, Ki = 0,175 dan Ni = 2,285

 76  Tube bundle diameter = 1,9 in x    0,319 

1

2 , 285

= 30,4633 in

Shell Side Digunakan shell tipe K (kettle type reboiler) 12 in circular bundle dalam 31 in shell ID

HOT FLUID: Tube Side, Bottom Product KD-01 a. Flow Area, at a’t

= 0,2277 in2

at

= Nt.a’t/144n

Universitas Sumatera Utara

= 0,170 ft2

b. Laju Alir Massa, Gt Gt

= w/at = 124339,039 lb/hr.ft2

c. Pada tc = 500 oF μ

= 0,0186 cp

= 0,0450 lb/ft.hr

D

= 0,87 in

= 0,0725 ft

Ret

= D.Gt/μ = 200000

L/D

= 17,2418

d. JH = 300

(Fig.24 Kern)

e. Prandl Number k = 0,0226 Btu/hr.ft.oF c = 0,4745 Btu/lb.oF  cµ  Pr =    k 

1

1

3

 0,4757 × 0,045  =  = 0,944 0,0226  

k  cµ  f. hi = JH   D  k 

1

3

 µ     µw 

3

0 ,14

= 91,9 Btu/hr.ft2.oF g. hio = hi x ID/OD = 80 Btu/hr.ft2.oF h. Design Overall Coefficient, UD a” = 0,2618 ft2/lin ft Total surface = 430 x 15 x 0,2618 = 1688,61 ft2 UD =

Q = 60,4881 Btu/hr.ft2.oF A ⋅ ∆t

COLD FLUID: Shell Side, Saturated Steam a. Asumsi ho = 75 Btu/hr.ft2.oF b. tw

= tc +

hio (Tc – tc) hio + ho

Universitas Sumatera Utara

= 366,6992 oF (Δt)w = tw - tc = 142,10 oF Dari gambar 15.11 Kern, hv > 300, maka dipakai ho 300 c. Clean Overall Coefficient, Uc Uc

=

hio ⋅ ho =63,1 Btu/hr.ft2.oF hio + ho

d. Dirt Factor, Rd Rd =

UC − U D = 0,001 hr.ft2.oF/Btu U C ⋅U D

PRESSURE DROP HOT FLUID: Tube Side, Saturated Steam a. Ret

= 2 x 105

ƒ

= 0,0001 ft2/in2

Gt

= 124339,039 lb/hrft2

ΔPt

=

(Fig.26 Kern)

fGt 2 Ln 5,22 × 1010 Dsφt

= 0,0245 Psi V2/2g = 0,018 S

= 0,77

ΔPr

= (4n/s)(V2/2g)

(Fig.27 Kern)

= 0,374 Psi ΔPT

= ΔPt + ΔPr = 0,3986 Psi

COLD FLUID : Shell Side, Bottom Produk KD-01 Res = 6057,55 f = 0,00033

Fig 29, Kern

s = 1,059 Gs = 122780 lb/hr.ft2 Ds = 0,0592 ft

Universitas Sumatera Utara

a.

Number of crosses, N + 1 = 12 L/B = 15

b.

fGs 2 Ds ( N + 1) ΔPs = 5,22 × 1010 Des = 0,059 Psi

SUMMARY hio = 80,0

h outside UC

=

63,1269

UD

=

60,4881

Rd Calculated

=

0,001

Rd Required = 0,002 0,4 psi Calculated ΔP, Psi Allowable ΔP, Psi

10 psi

ho = 142,2727

0,06 psi 10 psi

7. REBOILER-02 (RB-02) Fungsi : Menguapkan kembali keluaran bottom KD-02 Tipe

: Kettle Reboiler

Gambar

:

Steam in

Steam out

Universitas Sumatera Utara

Fluida Panas

: Saturated steam

Flowrate,

W1 =

336,7762 Kg/jam o

=

742,4635 lb/hr

T1

= 200 C

= 392 oF

T2

= 200 oC

= 392 oF

Fluida Dingin

:

Produk bottom KD - 02

Flowrate,

W2 = 2746,1368 Kg/jam

= 6054,1882 lb/hr

t1

= 120 oC

= 248 oF

t2

= 120 oC

= 248 oF

Perhitungan design sesuai dengan literatur pada Donald Q. Kern (1965). a.

Beban Panas H - 01 Q = 2413531,832 kJ/jam = 2287620,29 Btu/hr

b. LMTD Fluida Panas

Fluida Dingin

(oF)

Selisih

(oF) Suhu

392 oF (T1)

Tinggi (th)

392 oF (T2)

Suhu

248 (t2)

251,2

248 (t1)

251,2

0

0

Rendah (tc) selisih ∆t = 2512 oF c. Temperatur rata-rata Tc = T avg

= 0,5 (392 oF + 392 oF) = 392 oF oF

tc = t avg

= 0,5 (248 + 248)

= 248 o F

Penentuan tipe Heater : Asumsi UD = 138 Btu/hr.ft2.F A=

Q U D × ∆t

A=

2287620,29 138 × 252

A = 65,7816 ft2

Universitas Sumatera Utara

Karena A < 200 ft2 , maka dipilih jenis Double Pipe Heat Exchanger Dari Tabel.10 Kern didapat spesifikasi data : 

Rencana Klasifikasi Data Pipa

Annulus

Inner Pipe

IPS (in)

2

1,5

SN

40

40

OD (in)

2,38

1,9

ID (in)

2,067

1,610

a” (ft2/ft)

0,622

0,498

Hot Fluid : Annulus a. Flow Area, aa D2

= 2,067 inch

= 0,1723 ft

D1

= 1,9 inch

= 0,1583 ft

aa =

π (D22 – D12) 4

=

π (0, 17232 – 0,15832) 4

= 0,0036 ft2 Equivalent Diameter De

=

(D

2

2

− D1 D1

2

(0,1723 =

)

− 0,1583 2 0,1583 2

)

= 0,0291 ft b. Kecepatan Massa, Ga Ga

= W/aa =

2268,8450 0,0036

= 205583,9785 lb/hr.ft2

Universitas Sumatera Utara

Pada T= 500 oF μ

= 0,0450 lb/ft.hr

Rea = De.Ga/μ =

0,0291 x 205583,9785 0,0450

= 132710,3458 JH

= 330

k

= 0,0227 Btu/hr.ft2(oF/ft) = 0,4752 Btu/lb.oF

c  cµ     k 

(Fig. 24,Kern)

1

3

 0,4752 x0,0450  =  0,0227  

1

3

= 0,9808 c. Koefisien perpindahan panas ho = JH

k  cµ    De  k 

= 330 x

1

3

 µ   µw

  

0 ,14

0,0227 x 0,9808 x 1 0,0291

= 252,5265 Btu/hr.ft2.oF Cold Fluid: Inner Pipe a. Flow Area, ap D

= 1,61 Inch = 0,1342 ft

ap

=

π 2 D 4

=

π (0,1342)2 4

= 0,0141 ft2 b. Kecepatan Massa, Gp Gp

= w/ap =

6054,1882 0,0141

= 428446,8934 lb/hr.ft2

Universitas Sumatera Utara

Pada 248 oF μ

= 1,0689 lb/ft.hr

Rep = D.Gp/μ =

0,1342 x 428446,8934 1,0689

= 53777,2838 JH

= 160

k

= 0,0810 Btu/hr.ft2(oF/ft) = 0,5821 Btu/lb.oF

c  cµ     k 

1

 0,5821x1,06898  =  0,0810  

3

1

3

= 1,9717 c. Koefisien Perpindahan Panas hi = JH

k  cµ    De  k 

= 160 x

1

3

 µ   µw

  

0 ,14

0,0810 x 1,9717 x 1 0,1342

= 190,4815 Btu/hr.ft2.oF Koreksi hi pada permukaan OD hio = hi x ID/OD = 190,4815 x (1,610/1,99) Btu/hr.ft2.oF = 161,408 Btu/hr.ft2.oF d. Clean Overall Coefficient, UC UC = =

hio ⋅ ho hio + ho

161,408 × 252,5263 161,408 + 252,5263

= 98,4692 Btu/hr.ft2.oF

(6.38)

e. Design Overall Coefficient, UD 1 1 = + Rd U D UC

(6.10)

Rd diasumsikan 0,003

Universitas Sumatera Utara

1 1 = + 0,003 U D 98,4692

UD = 76,0141 Btu/hr.ft2.oF f. Required Surface A

=

Q U D × ∆t

=

2287620,29 76,0141 × 252

= 119,4234 ft2 Dari tabel 11 Kern, untuk 1,5-in IPS standard pipe, external surface/foot length = 0,498 ft2. Required length

=

119,4234 0,498

= 239,806 ft

Diambil panjang 1 hairpin = 20 ft, maka jumlah hairpin yang dibutuhkan = 6

g. Dirt Factor, Rd Actually Length = 20 x (6x 2) = 240 ft Actually surface = 240 x 0,498 ft = 119,5200 ft2 UD =

2287620,29 119,52 x 252

= 75,9527 Btu/hr.ft2.oF Rd =

U C −U D U C ⋅U D

= 0,00301 hr.ft2.oF/Btu

PRESSURE DROP Cold Fluid: Annulus a. De’ = (D2 – D1)

...(6.4)

= (0,1723-0,1583) ft = 0,0139 ft Rea= De’.Ga/μ

Universitas Sumatera Utara

= 132710,3458

f

= 0,0035 + 0,264 (Re a ' ) 0, 42 = 0,0054

ρ

= 62,5 lb/ft3 4 fGa 2 L 2 gρ 2 De

b. ΔFa =

= 0,0188 ft c. Va

Ga 3600 ρ

=

= 0,0572 fps

V 2   = jumlah hairpin x   2g 

d. Fl

= 0,00015 e. Δpa =

(∆Fa + ∆Fl ) ρ 144

= 0,1312 Psi Hot Fluid: Inner Pipe a. Rep

=

ƒ

=

0,0035 +

= ρ

53777,2838 0,264 (Re p ) 0, 42

0,0062

= 69,53 lb/ft3 4 fGp 2 L 2 gρ 2 D

b.

ΔFp =

c.

= 0,0098 ft ΔPp = ∆Fp . ρ 144 = 0,0681 Psi

Universitas Sumatera Utara

SUMMARY Ho = 252,5265

h outside

hio = 161,408

Uc

=

98,4692

UD

=

75,9526

RD calculated

=

0,00301

RD required

=

0,0030

∆ P Calculated (psi)

0,1312 10,000

0,0681

∆ P Allowable (psi)

10,000

8. Condenser - 01 (CD-01) Fungsi : Tempat mengkondensasikan top produk KD - 01. Type : Shell And Tube Heat Exchanger. Bahan : Carbon Steel Gambar

:

Fluida Panas : Top produk KD - 01 W1

= 7152,08 kg/jam

= 15675,18 lb/jam

T1

= 104,5 oC

= 220,17 oF

T2

= 104,5 oC

= 220,17 oF

Fluida Dingin : Air pendingin W1

= 191098,92 kg/jam

= 420419,62 lb/jam

t1

= 30 oC

= 86 oF

t2

= 50 oC

= 122 oF

Perhitungan berdasarkan “Process Heat Transfer”, D. Q. Kern. a.

Beban Panas CD-01 Q = 21058229.12 kJ/hr

= 1,99 x 107 Btu/hr

Universitas Sumatera Utara

b. Menghitung ∆T Fluida Panas

Fluida Dingin

Selisih

220,17

Temp. Tinggi

122

98,17

220,17

Temp. Rendah

86

134,17

36

36

0

LMTD (∆T) ∆T c.

= (∆T2 - ∆T1) / ln (∆T2/ ∆T1)

(Pers. 5.14, Kern)

= 115,23

Tc dan tc Tc = 220,17boF tc = 104 oF 1.

Trial UD

= 250 - 500

Asumsi UD

= 258 Btu/ jam FT2 oF

A

= Q / UD . ∆T

(Tabel 8, Kern)

670,84 ft2

=

2. Karena A > 200 ft2, maka digunakan Shell & Tube Heat Exchanger dengan spesifikasi sebagai berikut : Dari Tabel 10, Kern : Panjang Tube (L) = 15 ft OD

= 1 in = 0,083 ft

BWG

= 16

Pass

= 2

Tube sheet

= 1 1 4 in, triangular pitch

a”

= 0,2618 ft2

d. Koreksi UD a. Jumlah Tube Nt

=

A L.a ''

= 170,82 tube b. Ambil Nt pada tabel 9 Kern yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, Nt = 170 c. Koreksi UD

Universitas Sumatera Utara

A

= Nt . L . a’’ = 667,59 ft2

=

UD

Q A . ∆T

= 259,26 Btu/jam ft2.oF e.

Data Spesifikasi Karena UD mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut : 1. Tube side : Nt

= 170

PT

= 1,25 in

’’

C

= 0,104 ft

= (PT – OD tube) = (1,25 in – 1 in)

Tube Passes

=

= 0,25 in

= 0,021 ft

4

Tube OD

=

1 in

= 0,083 ft

2. Shell Side : ID

= 21,25 in

(table 9, Kern)

Baffle space (B) = 4,25 inch Pass f.

= 4

Tube Side : Air Pendingin 1. Flow area, at a't

= 0,2277 ft2

at

=

N t .a' t n

= 0,0672 ft2 2. Laju alir massa, Gt Gt

=

w at

= 6255923,714 lb/jam ft2 3. Bilangan Reynold, Ret Pada, tc= 104 oF µ

= 0,6514 cP

=

De

= ID

= 0,87 in

1,575866 lb / ft hr = 0,0725 ft

Universitas Sumatera Utara

Ret

=

G t . De

µ

= 3453752,154 4. Dari gambar 24, Kern hal. 834 Pada, Ret

= 3453752,154

L/D

= 206,8965517, didapat jH

= 1500

5. Prandl Number, Pr Pr

=

Cp.µ k

Pr

= 4,361813

hi

 k   µ. C p = jH   .  D  k

  

k

= 0,3649 Btu/jam.ft.oF

Cp

= 1,01 Btu/lb.oF

1/ 3

(Pers. 6.15d, Kern)

= 12274,88 Btu/jam.ft2.oF hio

= hi (ID/OD)

(Pers. 6.9, Kern)

= 10679,1452 Btu/jam.ft2.oF g.

Shell Side : Top produk KD - 01 = 220,17 oF

Pada Tc B

= 4,25 in

C”

= 0,25 in

Luas area laluan, as

(IDxC" xB ) (144 xPt )

as

=

as

= 0,1254 ft2

1. Laju alir, Gs W as

Gs

=

Gs

= 124967,5 lb/jam ft2

2. Bilangan Reynold, Res Pada, Tc µ

= 220,17 oF = 1,22 x 10-2 cP

= 2,95 x 10-2 lb / ft hr

Universitas Sumatera Utara

De

= 0,72 in

Res

=

Res

= 251149,396

jH

= 500

= 0,06 ft

G s . De

µ

( Fig.28 Kern )

3. Prandl Number, Pr

Cp.µ k

Pr

=

k

= 1,45 x 10-2 Btu/jam.ft.oF

Cp

= 0,5085 Btu/lb.oF

Pr

= 1,03289

4. Koefisien perpindahan panas, ho ho

= jH (k/D) (cµ/k)1/3 = 123,7963 Btu/hr.ft2oF

5. Clean Overall Coefficient, Uc Uc

=

h io . h o h io + h o

= 122,3777 Btu/jam ft2.oF 6. Dirt Factor Coefficient, Rd Rd

=

Uc - Ud U c .U d

= 0,0043 h. Pressure Drop 1. Tube Side Untuk Ret

= 3453752,154

f

= 0,00009

s

= 0,9986

∆Pt

=

(Fig 26, Kern)

f . G 2t . L . n 5,22 . 1010 . D.s. Φ t

= 8,05 psi Gt

= 6255923,714 lb/ft2 jam

Maka, dari Fig. 27 Kern hal. 837 didapat :

Universitas Sumatera Utara

V2/2g’

= 0,09

∆Pr

=

4.n v2 x ' s 2g

= 1,442 psi = ∆Pt + ∆Pr

∆PT

= 9,59 psi 2. Shell side Faktor friksi Re

= 251149,40

f

= 0,00012

(Fig.29, Kern)

Number of cross, (N+1) N + 1 = 12 L / B = 42,3529 Ds

= ID/12 = 1,771 ft

s

= 0,9986

ΔPs

=

f Gs Di ( N + 1) 5,22 x1010 x De S φs 2

= 0,04546 psi

SUMMARY ho = 123,7963

h outside UC

=

122,3777

UD

=

259,2577

Rd Calculated

=

0,0043

Rd Required

=

0,003

hio = 10679,14519

0,04546 psi

Calculated ΔP, Psi

9,59 psi

10 psi

Allowable ΔP, Psi

10 psi

Universitas Sumatera Utara

9. CONDENSOR-02 (CD - 02) Fungsi

: Tempat mengkondensasikan produk top KD-02

Tipe

: Double Pipe Heat Exchanger

Gambar

:

Fluida Panas : Top Produk KD-02 W

= 690,1574kg/jam

= 1518,3462 lb/jam

o

T1

= 116 C

= 240,8 oF

T2

= 116oC

= 240,8oF

Fluida Dingin : Air Pendingin W

= 6328,8456 kg/jam

= 13923,4604 lb/jam

t1

= 30 oC

= 86 oF

t2

= 50 oC

= 122oF

Perhitungan: e. Beban Panas C-01 Q = 749814,2471 kJ/jam = 7,1 x 105 Btu/jam f. LMTD Fluida Panas

Fluida Dingin

o

(oF)

( F)

Selisih

240,8

Suhu tinggi

122

118,8

240,8

Suhu rendah

86

154,8

Selisih LMTD =

36

∆t 2 − ∆t1 = 136,1 oF ln (∆t 2 / ∆t1 )

g. Tc = 240,8 oF ; tc = 104 oF 

Asumsi UD = 80 Btu/hr.ft2.oF

Universitas Sumatera Utara

7,1 x 105 = 65,2668 ft2 80 ×136,01

A =

Karena A< 200 ft2, maka dipilih HE jenis Double Pipe Heat Exchanger. 

Rencana Klasifikasi Data Pipa

Outer Pipe

Inner Pipe

IPS (in)

4

3

SN

40

40

OD (in)

4,5

3,5

ID (in)

4,026

3,068

1,178

0,917

2

a” (ft /ft)

Cold Fluid (air) : Annulus a. Flow Area, aa D2 = 4,026/12 = 0,3355 ft D1 = 3,5/12 = 0,2917 ft aa = =

π (D22 – D12) 4

(Pers. 6.3)

π (0,33552 – 0,29172) = 0,022158 ft2 4

Equivalent Diameter, De De =

(D

2 2

− D1 D1

2

) = (0,3355

)

− 0,2917 2 = 0,0943 ft 0,2917 2

b. Kecepatan Massa, Ga Ga = W/aa = 1518,3462 / 0,02158 = 70358,0325 lb/hr.ft2 c. Reynold number, Re Pada Tavg = 104 oF μ = 0,6514lb/hr ft Rea = De.Ga/μ =

0,0943 × 70358,0325 = 4206,7939 0,6514

Universitas Sumatera Utara

d. JH = 15

(Fig. 24, Kern)

e. k = 0,3649 Btu/hr.ft2(oF/ft) cp = 0,9206 Btu/lb.oF k f. ho = JH De

 cµ     k 

1

3

 µ   µw

  

0 ,14

= 76,9845 Btu/hr.ft2.oF

Hot Fluid : Inner Pipe a. Flow Area, ap D = 3,068 in/12 = 0,2557 ft ap =

π 2 D 4

=

π (0,2557)2 = 0,0513 ft2 4

b. Kecepatan Massa, Gp Gp = w/ap = 13923,4604 = 271349,6768 lb/hr ft2 0,0513

c. Reynold number, Re Pada Tavg = 240,8 oF μ = 0,1936 lb/ft.hr Rep = D.Gp/μ =

0,2557 × 271349,6768 = 104607,8328 0,1936

d. JH

= 290

e. k

= 0,104 Btu/hr.ft2(oF/ft)

cp f. hi

(Fig. 24, Kern)

= 0,52 Btu/lb. oF k  cµ  = JH   De  k 

1

3

 µ   µw

  

0 ,14

= 103,2487 Btu/hr.ft2.oF g. Koreksi hi pada permukaan OD hio

= hi x ID/OD = 90,5049 Btu/hr.ft2.oF

Universitas Sumatera Utara

h. Clean Overall Coefficient, UC UC =

hio x ho = 41,5995 Btu/hr.ft2.oF hio + ho

i. Design Overall Coefficient, UD 1 1 = + Rd U D UC

(Pers. 6.10)

Rd ditentukan 0,002 untuk masa service 1 tahun 1 1 = + 0,002 41,5995 UD

UD = 38,4043 Btu/hr.ft2.oF j. Required Length Q A= = 135,9573 ft2 U D . ∆t Dari tabel 11 Kern, untuk 3-in IPS standard pipe, external surface/foot length = 0,917 ft Required length =

135,9573 = 148,2631 ft 0,917

Diambil panjang 1 harpin = 20 ft Jumlah harpin yang dibutuhkan =

148,2631 = 7,4131 20

Maka dipakai 8 harpin 20 ft Actual Length

= 8 x 20 ft = 160 ft

Actual Surface = L x a” = 160 ft x 0,917 ft2/ft = 146,72 ft2 k. Actual Design Coefficient, UD Q A. ∆t 5 7,1 x 10 = 146,72 × 136,01

UD =

= 35,5871 Btu/hr.ft2.oF

Universitas Sumatera Utara

l. Dirt Factor, Rd Rd =

U C −U D U C ⋅U D

= 0,004 hr.ft2.oF/Btu

PRESSURE DROP Cold Fluid : Annulus a. De’ = (D2 – D1) = 0,0438 ft Rea = 1956,3883

ƒ

0,264 0,0035 + (Re a ) 0, 42 = 0,01444

ρ

= 61,92 lb/ft3

b. Fa

=

=

(Pers. 3.47b)

4 fGa 2 L 2 gρ 2 De

= 0,30182 ft c. Va

=

G = 0,3156 ft/s 3600 ρ

Fl

V 2   = 0,012375 = 3 x   2g 

Pa

=

( Fa + Fl ) ρ 144

= 0,1351 psi

Hot Fluid: Inner Pipe a. Rep = 35834,229 ƒ

=

0,264 0,0035 + 0 , 42 = 0,00673 (Re p )

ρ

= 0,6428 lb/ft3

b. ΔFp =

(Pers. 3.47b)

4 fGp 2 L 2 gρ 2 D

Universitas Sumatera Utara

= 2,1380 ft

Pp

∆Fp . ρ = 144

= 0,00954 psi

SUMMARY ho = 76,9845

h outside

hio = 90,5049

UC

=

41,5995

UD

=

38,4043

Rd Calculated

=

0,0042

Rd Required

=

0,0020

0,13510 psi

Calculated ΔP, Psi

0,00954 psi

10 psi

Allowable ΔP, Psi

10 psi

10. EVAPORATOR-01 (EV-01) Fungsi : Menguapkan air keluaran reboiler 02 Tipe

: Long tube recirculation evaporator, single effect evaporation

Gambar

:

Fluida Panas : Steam W

= 28,7373 kg/jam o

= 63,3548lb/jam

T1

= 200 C

= 392 oF

T2

= 200 oC

= 392 oF

Universitas Sumatera Utara

Fluida Dingin : Produk Reboiler 02 w

= 1635,6157 kg/jam = 3605,9110 lb/jam

t1

= 120 oC

= 248 oF

t2

= 130 oC

=248 oF

Perhitungan: h. Beban Panas H-01 Q = 912056,2483 kJ/jam = 864475,1859 Btu/jam

i.

LMTD Fluida Panas

Fluida Dingin

(oF)

(oF)

Selisih

392

Suhu tinggi

266

126

392

Suhu rendah

248

144

Selisih LMTD = j.

∆t 2 − ∆t1 = 134,7998 oF ln (∆t 2 / ∆t1 )

Tc = 392 oF 

18

; tc = 157 oF

Asumsi UD = 65 Btu/hr.ft2.oF A =

Q U D . ∆t

= 17,6840 ft2

Karena A< 200 ft2, maka dipilih HE jenis Long Tube Recirculation Evaporator. 

Rencana Klasifikasi Data Pipa

Outer Pipe

Inner Pipe

IPS (in)

2

1,5

SN

40

40

OD (in)

2,38

1,9

ID (in)

2,067

1,610

0,622

0,498

2

a” (ft /ft)

Universitas Sumatera Utara

Hot Fluid (Steam) : Annulus g. Flow Area, aa D2 = 2,067/12 = 0,1723 ft D1 = 1,9/12 = 0,1583 ft aa = =

π (D22 – D12) 4

(Pers. 6.3)

π (0,17232 – 0,15832) = 0,0036 ft2 4

Equivalent Diameter, De

(D De =

2 2

− D1 D1

2

) = (0,1723

)

− 0,1583 2 = 0,0291 ft 0,1583 2

h. Kecepatan Massa, Ga Ga = W/aa = 63,5631/0,0036 = 17600,2750 lb/hr.ft2

i. Reynold number, Re Pada Tavg = 302 oF μ = 0,014 lb/hr ft Rea = De.Ga/μ =

0,0291×17600, 2750 = 14998,1233 0, 014

j. JH = 160

(Fig. 24, Kern)

k. k = 0,0166 Btu/hr.ft2(oF/ft) cp = 0,4744 Btu/lb.oF  cµ     k 

1

3

= 0,9914

k  cµ  l. ho = JH   De  k 

1

3

 µ     µw 

0 ,14

= 90,6231 Btu/hr.ft2.oF

Universitas Sumatera Utara

Cold Fluid (air) : Inner Pipe a. Flow Area, ap D = 1,610 in/12 = 0,1342 ft

π 2 D 4

ap =

=

π (0,1342)2 = 0,0141 ft2 4

b. Kecepatan Massa, Gp Gp = w/ap =

3617,7410 = 256022,7484 lb/hr ft2 0,0141

c. Reynold number, Re Pada Tavg = 185 oF μ = 1,5786 lb/ft.hr Rep = D.Gp/μ =

0,1342 × 256022,7484 = 21760,0777 1,5786

d. JH = 300

(Fig. 24, Kern)

e. k = 0,0878 Btu/hr.ft2(oF/ft) cp = 0,6523 Btu/lb.oF  cµ     k 

f. hi

1

3

= 2,1759

= JH

k De

 cµ     k 

1

3

 µ     µw 

0 ,14

= 427,1390 Btu/hr.ft2.oF g. Koreksi hi pada permukaan OD hio

= hi x ID/OD = 361,9441 Btu/hr.ft2.oF

h. Clean Overall Coefficient, UC UC =

hioxho = 72,4765 Btu/hr.ft2.oF hio + ho

i. Design Overall Coefficient, UD 1 1 = + Rd U D UC

(Pers. 6.10)

Universitas Sumatera Utara

Rd ditentukan 0,003 untuk masa service 1 tahun 1 1 = + 0, 003 U D 72,4765

UD = 59,5324 Btu/hr.ft2.oF j. Required Length A

=

Q U D . ∆t

= 19,3082 ft2

Dari tabel 11 Kern, untuk 1,5-in IPS standard pipe, external surface/foot length = 0,4980 ft Required length = L/a” = 38,7714 ft Diambil panjang 1 harpin = 15 ft Jumlah harpin yang dibutuhkan =

253,7915 = 8,4597 15

Maka, dipakai 8 harpin 15 ft Actual Length

= 8 x 2 x 15 ft = 240,0000 ft

Actual Surface = L x a” = 240 ft x 0,4980 ft2/ft = 119,5200 ft2 k. Actual Design Coefficient, UD UD = =

Q A. ∆t

9,6173 Btu/hr.ft2.oF

l. Dirt Factor, Rd Rd =

U C −U D U C ⋅U D

= 0,0902 hr.ft2.oF/Btu

Universitas Sumatera Utara

PRESSURE DROP Hot Fluid : Annulus a. De’ = (D2 – D1) = 0,0139 ft Rea = 14948,9761

ƒ

=

0,0035 +

0,264 (Re a ) 0, 42

(Pers. 3.47b)

= 0,0082 ρ

= 62,3400 lb/ft3 = 998,6 kg/m3 4 fGa 2 L = 2 gρ 2 De

b. Fa

= 0,0536 ft G = 0,0784 ft/s 3600 ρ

V

=

Fl

V 2   = 3 x = 2 x   2g 

Pa

=

 0,2904 2    = 0,0003  2 × 32,2 

( Fa + Fl ) ρ 144

= 0,0233 psi

Cold Fluid: Inner Pipe a. Rep ƒ

= 21688,9225 =

0,0035 +

0,264 (Re p ) 0, 42

(Pers. 3.47b)

= 0,0075 ρ

= 65,9240 lb/ft3 = 1056,0000 kg/m3

b. ΔFp =

4 fGp 2 L 2 gρ 2 D

= 0,9598 ft

Pp

=

∆Fp . ρ 144

= 9,87 psi

Universitas Sumatera Utara

SUMMARY ho = 90,6231

h outside

hio = 361,9441

UC

=

72,4765

UD

=

9,6173

Rd Calculated

=

0,0930

Rd Required

=

0,0030

0,2431

Calculated ΔP, Psi

0,4420 psi

10 psi

Allowable ΔP, Psi

10 psi

11. BLOWER – 01 (BL – 01) Fungsi

: Mengalirkan gas keluaran top absorber menuju Cooling Colomn (CC-01)

Type

: Centrifuge Blower

Gambar

: Housing Outlet

Inlet

Data

:

Laju alir (w) : 31111,3555 kg/jam Densitas

= 68588,8099 lb/jam

: 0,068483 lb/ft3

a. Kapasitas Blower Laju alir volumetric,

Q =

W =

lb / jam lb / ft 3 ρ = 182662,9 ft3/jam

Faktor keamanan = 10 % Q

= 0,1 (182662,9 ft3/jam) =

182662,9 / 60 (ft3/jam)

= 304,4382 ft3/min = 5,07397 ft3/det

Universitas Sumatera Utara

b. Diameter Optimum Pipa

D = 3,9 V 0, 45 ρ 0,13 dimana, V = laju alir udara, ft3/det = 111,69 ft3/det ρ = densitas udara

= 0,0808 lb/ft3

D = diameter optimum pipa, in

D = 3,9(Q 0, 45 ) x( ρ 0,13) D = 3,9 (5, 07397)0,45 (0, 068483S )0,13 = 5,7160 in Dari Perry tabel 6.6 P.6-42 didapat : IPS

= 30

ID = 28,75 in

OD

= 30 in

a

= 7,854 ft2

c. Kecepatan Udara (v) V = Q/A = (5,07397 ft3/s)/( 7,854 ft2) = 0,6460 ft/det d. Power yang dibutuhkan P

=

V 2W 33000. 2 g c η

dimana : V = Kecepatan Udara

= 0,6460 ft/det

P = Power, Hp η = 80 % W = mass flowrate = 1143,146832 lb/s gc = gravitasi = 32,174 ft/det2 Maka power yang dibutuhkan, P =

(0, 6460) 2 68588,8099 = 0,003105 Hp ≈ 0,25 Hp 33000. 2 (32,174) 0,8

Universitas Sumatera Utara

12. COOLER (C-01) Fungsi

: Menurunkan temperatur produk reactor-01 (R-01).

Tipe

: Double Pipe Heat Exchanger

Gambar :

Fluida Panas

: Produk R-01 W

= 4385,607168 kg/jam

= 9668,5972 lb/jam

o

T1

= 320 C

= 608 oF

T2

= 265 oC

= 509 oF

w

= 26857,05987 kg/jam

= 59209,61134 lb/jam

t1

= -25 oC

= -13 oF

t2

= 60 oC

= 113 oF

Fluida Dingin : Air

Q = 3407385,8 kJ/jam = 7511990,811 Btu/jam k. LMTD Fluida Panas

Fluida Dingin

(oF)

(oF)

275

Temp. Tinggi

229,235

45,765

145,22

Temp. Rendah

122

23,22

126

22,545

99 LMTD =

∆t 2 − ∆t1 = 111,9579 oF ln (∆t 2 / ∆t1 )

Tc = 210,11 oF 

Selisih

; tc = 175,6177 oF

Asumsi UD = 46 Btu/hr.ft2.oF A = Q / UD . ∆T = 1261,9947 ft2

Karena A > 200 ft2, maka digunakan Shell & Tube Heat Exchanger 

Rencana Klasifikasi Panjang tube (L) OD BWG

15 ft 1 ft 16

Universitas Sumatera Utara

Pass

8

Tube sheet

1,25 in,triangular pitch 0,2618 ft2

a”

Koreksi Ud A L.a '' = 321,3635 tube

Jumlah tube Nt =

=

Ambil Nt pada tabel 9 kern yg mendekati sesuai ukuran tube yg telah dipilih Nt = 316 A

= Nt . L . a’’

(D

2

2

− D12 )

=

D1 = 1261,9947 Q A . ∆T = 220,462 Btu/jam ft2.oF

Ud =

Data Spesifikasi Karena UD mendekati asumsi, maka dari table Kern diproleh data sebagai berikut: Tube side Nt

=

316

PT

=

1,25 in

’’

C

0,104 ft

= PT – OD tube) =

0,25 in

Tube Passes =

8

Tube OD

1 in

=

0,021 ft

0,083 ft

Shell side ID

= 29 in

Baffle space

= 5,8 in

Pas

=2,407 ft

=8

Tube side NH3

Universitas Sumatera Utara

a. Flow area At

= 0,2277 in2

At

= 0,0628

b. Laju alir massa,Gt Gt

= 260566,088

c. Bilangan Reynold,Ret tc

=

m

=

De

=

Ret

175,61773

o

F

0,01 in ID

0,87

in

0,0725 ft

G t . De

=

=

0,02428 lb / ft hr

µ

= 778049,481 d. Dari gambar Kern hal 834 L/D

= 206

jH

= 1100

e. Prandl Number, Pr K

= 0,0192 Btu/jam.ft.oF

Cp

= 0,5226 Btu/lb.oF

Pr

=

Cp.µ k

= 0,6608  k   µ. Cp    . D  k 

1/3

Hi

= jH

= 253,7434 Btu/jam.ft2.oF Hio

= hi (ID/OD)

= 7358,5603 Btu/jam.ft2.oF

Universitas Sumatera Utara

SHELL SIDE :Bottom produk Tc

= 210,11 oF

B

= 5,8 in

C’’

= 0,25 in

At

= 0,0207 ft

( IDxC " xB ) (144 xPt )

=

= 0,0011 ft2

Gt

=

W as

= 1482628,75 lb/jam ft2 = 6725072,236 kg/jam ft2 Bilangan Reynold Res Tc

=

M

=

De

=

Res

o

210,11

F

0,019 cP 0,72

in

=

=

0,04598 lb / ft hr 0,06 ft G s . De

µ

= 19346971 = 8775648,85

jH

= 500

Prandl Number, Pr K

= 0,0161 Btu/jam.ft.oF

Cp

= 0,2762 Btu/lb.oF

Pr

=

Cp.µ k

= 0,7887

Universitas Sumatera Utara

koefisien perpindahan panas HO

= jH (k/D) (cm/k)1/3

= 40,5398

Clean Overall Coeisien, Uc

Uc

==

h io . h o h io + h o

= 40,3177 Btu/jam ft2.oF

Dirt factor kofisien, Rd

Rd

= =

Uc - Ud U c .U d

= 0,0202

Pressure Drop Rs

= 280817,227

F

= 0,000125

S

= 0,96

Pt

f . G 2t . L . n = = 5, 22 . 1010 . D.s. Φ t = 0,4589

Maka dari Fig.27 Kern hal 837 didapat: V2/2g’

= 0,009

Pt

= 0,8589

Re

= 502108,7272

F

= 0,0009

………(Fig.29,Kern)

Number of Cross (N+1)

Universitas Sumatera Utara

N+1

= 12L/B

= 69,6

Ds

=ID12

= 0,00604

S

= 0,96

Ps

f Gs Di ( N + 1) = 5,22 x1010 x D S φ e s = 5,3238 Psi 2

SUMMARY 40,53988968 ho

hio

7358,560387

UC

=

40,31777042

UD

=

220,462

Rd Calculated

=

0,02026703

Rd Required

=

0,001

3,3238

Calculated ΔP, Psi

0,3

10 psi

Allowable ΔP, Psi

10 psi

Nama Alat

UC

UD

Rd Calculated

Cooler 01

40,3178

220,4620

0,0020

Cooler 02

20,1509

19,3703

0,0020

Cooler 03

79,4593

78,5451

0,0019

Cooler 04

20,1509

19,3703

0,0020

Cooler 05

20,1509

19,3703

0,0020

Cooler 06

20,1509

19,3703

0,0020

13. Kompresor (K-01) Fungsi

: Mengalirkan dan menaikan tekanan feed sebelum masuk R-01. Type

Bahan

: Carbon steel

Gambar

:

: Centrifugal Kompressor

Universitas Sumatera Utara

a. Kondisi Operasi : = 2116,8 lbf/ft2

Kondisi masuk, Pi

= 1 atm

Temperatur masuk, T

= 30 °C

Kondisi keluar, Po

= 2,5 atm

Massa flow rate, W

= 1500,41115kg/jam

b. Rasio Kompresi Rc

= (Po / Pi ) = (2,5/ 1) = 2,5

Berdasarkan rasio kompresi maka digunakan kompresor 3 stage. c. Laju alir gas masuk ρ

= 1,288 kg/m3

volume gas yang masuk, Q Q

= W /ρ = 1164,91549 m3/ jam

qin

= 685,643372 ft3/menit

Faktor keamanan = 10 % qin

= 1,1 x 685,643372 ft3/menit = 754,207709 ft3/menit

d. Power yang dibutuhkan :

PW

=

dimana : k

k −1 / k  0,0643 k T Q1  P2    −1 520 (k −1)η  P1   

Pers. 8.30 Mc Cabe

= 1,08

PW = 1697,726248 Hp. Effisiensi motor

= 80 %

Power yang dibutuhkan = 1697,726248 Hp / 0,8 = 2122,1578 Hp ≈ 2122 Hp

Universitas Sumatera Utara

e. Menentukan temperatur keluar kompressor T out

= T in x (Po/Pi) (k-1)/k = 30 oC x 2,(15,08-1)/1,08 = 34,6897 oC

f. Menentukan jumlah pendingin yang dibutuhkan : Panas yang dibawa aliran : Qinput K-01

= 1956765,264kJ/kmol

QOutput K-01

= 1738731,885kJ/kmol

Qserap

= Qinput K-01 - QOutput K-01 = 218033,3787 kJ/mol

Jumlah air pendingin : 34,6897 oC

=

T2

o

T1

=

30 C

Cp Air

= 4,2 kJ/kg.K

= 307,8397 K = 303,15 K

Q Cp (T2 − T1 )

m

=

m

= 11069,4759 kg/jam

16. Kompresor (K-02) Fungsi : Mengalirkan dan menaikan tekanan feed sebelum masuk R-01 & R-02. Type

: Centrifugal Kompressor

Bahan

: Carbon steel

Gambar

:

g. Kondisi Operasi : = 2116,8 lbf/ft2

Kondisi masuk, Pi

= 1 atm

Temperatur masuk, T

= 30 °C

Kondisi keluar, Po

= 2,5 atm

Massa flow rate, W

= 5442,910311 kg/jam

Universitas Sumatera Utara

h. Rasio Kompresi Rc

= (Po / Pi ) = (2,5/ 1) = 2,5

Berdasarkan rasio kompresi maka digunakan kompresor 3 stage. i. Laju alir gas masuk ρ

= 1,716 kg/m3

volume gas yang masuk, Q Q

= W /ρ = 576,7017

qin

m3/ jam

= 339,4338 ft3/menit

Faktor keamanan = 10 % qin

= 1,1 x 339,4338 ft3/menit = 373,3772 ft3/menit

j. Power yang dibutuhkan :

PW

=

dimana : k

k −1 / k  0,0643 k T Q1  P2    −1 520 (k −1)η  P1   

Pers. 8.30 Mc Cabe

= 1,05

PW = 193,0171271 Hp. Effisiensi motor

= 80 %

Power yang dibutuhkan = 193,0171271 Hp / 0,8 = 241,2714 Hp ≈ 241 Hp

k. Menentukan temperatur keluar kompressor T out

= T in x (Po/Pi) (k-1)/k = 30 oC x 2,96(1,05-1)/1,05 = 34,68971698 oC

Universitas Sumatera Utara

l. Menentukan jumlah pendingin yang dibutuhkan : Panas yang dibawa aliran : Qinput K-01

= 601787,3183 kJ/kmol

QOutput K-01

= 6084,538772 kJ/kmol

Qserap

= Qinput K-01 - QOutput K-01 = 595702,7795 kJ/mol

Jumlah air pendingin : T2

=

34,68971698 oC = 307,8397 K

T1

=

30 oC

Cp Air

= 4,2 kJ/kg.K

= 303,15 K

Q Cp (T2 − T1 )

m

=

m

= 30243,6151 kg/jam

17. POMPA-01 (P-01) Fungsi

: Untuk mengalirkan bottom produk absorber menuju KD-01

Tipe

: Centrifugal Pump

Gambar

: Discharge Suction

1.

Data Kondisi Operasi:

P-01

Temperatur

= 104 oC

= 377,15 oK

Densitas

= 406,4087 kg/m3

= 25,3713 lb/jam

Viskositas

= 0,2741 cP

= 0,6634 lb/ft hr

Tekanan uap

= 387,2761 mmHg

= 1077,7895 lb/ft2

Laju alir massa

= 32095,12 kg/jam

= 70756,4374 lb/jam

Kapasitas Pompa, Qp Kapasitas pompa

= laju alir massa = 4482,6430 lb/jam = 74,7107 lb/min

Universitas Sumatera Utara

Volumetrik Flowrate, qf qf = 2.

74.7107 lb / min = 2.9447 ft3/min = 0.0491 ft3/s = 22,0279 gpm 3 25,3717 lb / ft

Penentuan Ukuran Pipa Diameter Optimum, Dopt = 3.9 . Q 0.45 . ρ 0.13

(eq. 14-15 Peters)

= 1,5294 in Suction Pipe

Discharge Pipe

NPS = 2 in

= 0,1667 ft

NPS

= 1,5 in

SN

= 80

= 0.1250 ft

SN

= 80

ID

= 1.939 in

= 0,1616 ft

ID

= 1,5 m

= 0.1250 ft

OD

= 2.375 in

= 0,1979 ft

OD

= 1,9 in

= 0.1583 ft

Ls

= 10 m

= 33,8084 ft

Ls

= 12 in

= 39.3701 ft

a"

= 2.9520 in2

= 0.0205 ft2

a"

= 1,7712 in2

= 0,0123 ft2

Perhitungan Pada Suction 3.

Penentuan Suction Friction Loss Suction Velocity, V V=

qf 0,0491 ft 3 / s = = 3,9901 ft/s = 14364,3805 ft/jam a" 0,0123 ft 2

V2 (3,9901 ft / s ) 2 = = 0,2474 ft lbf/lb 2 gc 32,174 ftlb / lbf / s 2 Reynold Number, Nre Nre =

D ⋅V ⋅ ρ

µ

=

(0,1616)(14364,3805)(25,2713) = 88768,5653 (0,6634)

Friction Factor Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah Commercial Steel Pipe. Untuk commercial steel pipe, Equivalent Roughness, ε = 0,0002 ft

0,0002 ft ε = = 0,0009 D 0,1616 ft

(fig. 14-1, Peters)

Didapat fanning friction factor, f = 0,0049 a. Skin Friction Factor (Hfs) Equivalent length dari fitting dan valve:

Universitas Sumatera Utara

Elbow 90 std

= 32

Gate valve

=7

1 elbow 90 std + 1 gate valve = 1(32) + 7 = 39

(Tabel.II.1 Syarifuddin)

L = L suction + ( L fitting . ID)\ = 40,1102 ft Hfs

2. f .L V 2 . gc D

=

(eq. II.6 Syarifuddin)

= 0,7780 ft lbf/lb b. Sudden Contraction Friction Loss (Hfc) Hfc

= Kc.

1 2α

V 2   .  gc  

Dengan: Kc

= 0,4 (1,25 – A2/A1)

A1

= Luas penampang melintang 1 = 0,0205 ft2

A2

= Luas penampang melintang 2 = A<<<

Diketahui A2/A1 ≈ 0 α = 1 (untuk aliran turbulen) Maka, Kc

= 0,4 (1,25-0) = 0,5

Hfc

= 0,0619 ft lbf/lb

c. Fitting and Valve Friction Loss (Hff) Nilai Kf diperoleh dari tabel II.2 Syarifuddin:

Kf

Elbow 90 std

= 0,9

Gate valve

= 0,2

= 1elbow 90o std + 1 gate valve = (1 x 0,9) + (1 x 0,2) = 1,1

Hff

V2 = Kf. 2 gc

Hff

= 0,2722 ft lbf/lb

d. Total Suction Friction Loss, Hf suc

Universitas Sumatera Utara

Hf suc = Hfs + Hfc + Hff = 0,7780 + 0,0619 + 0,2722 = 1,1121 ft.lbf/lb 4.

Suction Pressure Za = 2 m = 6,5617 ft Zb = 0 m = 0 ft (reference) Static suction head (SH) = 6,5617 ft Pa = 1,28 atm = 18,8108 psi = 2708,7575 lb/ft2 g/gc = 1 lbf/lb Pa/ρ= 106,7648 lbf ft/lb Static Head, Hs Zsuc

= Za Zb

g/gc

= 1 lbf/lb

Hs

= Zsuc . (g/gc)

= 6,5617 ft

= 6,5617 ft. Lbf / lb Velocity Head,Hv Va-Vb

= 0 ft/hr

Hv

= 0 ft.lbf/lb

Hsuc

= Hp + Hs + Hvs – Hfsuc = 112,2144 ft.lbf/lb

Pb

= 112,2144 ft.lbf/lb . 25,3713 lb/ft3 = 2847,0213 lbf/ft2 = 19,7710 psi

5.

Net Positive Suction Head (NPSH) Hp uap

= P uap/ρ = 1077,7895 lbf/ft2 / 25,3713 lb/ft3 = 42,4807 ft/lbf lb

Total NPSH = H suc- Hp uap = 69,7337 ft/lbf lb

Universitas Sumatera Utara

Perhitungan Pada Discharge 6.

Penentuan Discharge Friction Loss Discharge Velocity, V V=

qf 0,0491 ft 3 / s = = 3,9901 ft/s = 14364,3805 ft/jam a" 0,0123 ft 2

(3,9901 ft / s ) 2 V2 = = 0,2474 ftlbf/lb 2 gc (2)32,1740 ftlb / lbf / s 2 Reynold Number, Nre Nre =

D ⋅V ⋅ ρ

µ

= 68670,8860

Friction Factor Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah Commercial Steel Pipe. Untuk commercial steel pipe, Equivalent Roughness, ε = 0,0002 ft

0,0002 ft ε = = 0,0012 D 0,1250 ft

(fig. 14-1, Peters)

Didapat fanning friction factor, f = 0,0052

a. Skin Friction Factor (Hfs) Equivalent length dari fitting dan valve

(Tabel II.1 Syarifuddin)

Elbow 90 std = 32 Gate Valve

=7

1 elbow 90 std + 1 gate valve = 1(32) + 7 = 39 L

= L discharge + L fitting*ID discharge

L

= 44,2451 ft

Hfs

=

2. f .L V 2 . gc D

(Tabel II.1 Syarifuddin)

(eq. II.6 Syarifuddin)

= 0,9108 ft lbf/lbm Sudden Contraction Friction Loss (Hfc) Hfc

= Kc.

1 2α

V 2   .  gc  

Dengan: Kc

= 0,4 (1,25 – A2/A1)

Universitas Sumatera Utara

A1

= Luas penampang melintang 1 = 0,0379 ft2

A2

= Luas penampang melintang 2 = A<<<

Diketahui A2/A1 ≈ 0 α

= 1 (untuk aliran turbulen)

Maka, Kc

= 0,4 (1,25-0) = 0,5

Hfc

= 0.0619 ft lbf/lb

b. Fitting and Valve Friction Loss (Hff) Hff

V2 = Kf. 2 gc

Nilai Kf diperoleh dari tabel II.2 Syarifuddin :

Kf

Elbow 90 std

= 0,9

Gate Valve

= 0,2

= 1 elbow 90o std + 1 gate valve = (1 x 0,9) + (1 x 0,2) = 1,1

Hff

= 0,2722 ft lbf/lb

c. Total Discharge Friction Loss, Hf suc Hf dis

= Hfs + Hfc + Hff = 1.2448 ft lbf/lb

d. Discharge Pressure Zc = 0 m = 0 ft Zd = 4 m = 13,1234 ft Static discharge head (DH) = 13,1234 ft Pd

= 1,2830 atm = 18,8549 psi = 2715,1062 lb/ft2

g/gc

= 1 lbf/lb

Pd/ρ

= 107,0150 lbf ft/lb

Static Head,Hs Zsuc

= Zc-Zd

Hs

= Zsuc (g/gc)

= 13,1234 ft

= 13,1234 ft lbf/lb

Universitas Sumatera Utara

Velocity Head,Hv Vc-Vd = 0 ft/hr Hv

= 0 ft.lbf/lb

Maka Hdis

= Hp + Hs + Hvs – Hfdis = 118,8935 ft lbf/lb = 118,8935 ft lbf/lb x 25,3713 lb/ft3

Pc

= 3016,4799 lbf/ft2 = 20,9478 psi e. Differential Pressure (Total Pump), ΔP Differential pressure = Discharge pressure – Suction pressure = 20.9478 psi – 19.7710 psi = 1,1768 psi f. Total Head Total head

= Discharge head – Suction head = 6,6792 ft lbf/lb

g. Efisiensi Pompa, η Mencari efisiensi pompa dengan mengetahui kapasitas larutan (gpm) pada gambar 14-37 Peters 4th edition. Kapasitas pompa adalah 22.0279 gpm, maka η = 60% h. Break Horse Pump (BHP)

∆V 2 Ws = + ΔZ + + Hf 2 gc ρ ∆P

Ws

= 15.5977 lbf ft/lb

BHP

=

mf ×Ws × ρ

η

= 0,0589 Hp i. Requirement Driver (Motor Horse Power, MHP) MHP =

BHP η motor

Dengan η motor = 0,68

(fig 14-38)

MHP = 0,0866 Hp

Universitas Sumatera Utara

Maka dipilih motor yang berkekuatan 0,25 Hp

POMPA-01 Jumlah

: 2 buah (1 cadangan)

Tipe

: Centrifugal Pump

MHP

: 1 Hp

Perhitungan pompa sesuai dengan literatur Alat Industri Kimia oleh Prof. Dr. Syarifuddin Ismail

Table Tabulasi data Pompa KAPASITAS (lb/min)

Nama Alat

EFISIENSI JUMLAH TYPE

POMPA

UNIT

BHP

POWER

POMPA-01 (P-01)

74,9429

Centrifugal

0,6000

2

0,0591

0,2500

POMPA-02 (P-02)

74,9429

Centrifugal

0,9000

2

0,0497

0,2500

POMPA-03 (P-03)

213,1936

Centrifugal

0,6000

2

0,3284

1,0000

POMPA-04 (P-04)

2,5942

Centrifugal

0,6000

2

0,0018

0,2500

POMPA-05 (P-05)

72,3487

Centrifugal

0,6000

2

0,0567

0,2500

POMPA-06 (P-06)

72,2654

Centrifugal

0,6000

2

0,0558

0,2500

14. HEATER - 01 (H-01) Fungsi

: Menaikkan temperatur feed dari Cooling column 01 ke Absober 01.

Type

: Shell And Tube Heat Exchanger.

Bahan

: Carbon Steel

Gambar

:

Universitas Sumatera Utara

Fluida Panas : Steam W1

= 131,9686 kg/jam

= 290,3308 lb/jam

o

T1

= 70 C

= 158 oF

T2

= 70 oC

= 158 oF

Fluida Dingin : Feed Reaktor - 01 W1

= 2455,424771 kg/jam

= 5401,934496 lb/jam

t1

= 30 oC

= 86 oF

t2

= 62,9 oC

= 145,22 oF

Perhitungan berdasarkan “Process Heat Transfer”, D. Q. Kern. i.

Beban Panas H-01 Q = 382485,2651 kJ/hr

j.

= 362246,4397 Btu/hr

Menghitung ∆T Fluida Panas

Fluida Dingin Selisih

158

suhu tinggi

145,22

12,78

158

suhu rendah

86

72

0

selisih

59,22

59,22

LMTD (∆T)

= (∆T2 - ∆T1) / ln (∆T2/ ∆T1)

∆T

= 34,26

Tc

= 158 oF

tc

= 115,61 oF

(Pers. 5.14, Kern)

k. Tc dan tc

a) Trial UD

(steam – light organic)

b) Asumsi UD= 50 Btu/ jam FT2 oF A

= 50-100 (Tabel 8, Kern)

= Q / UD . ∆T =

211,4982 ft2

c) Karena A > 200 ft2, maka digunakan Shell & Tube Heat Exchanger dengan spesifikasi sebagai berikut : Dari Tabel 10, Kern : Panjang Tube (L) = 14 ft OD

= 1 in = 0,083 ft

BWG

= 16

Universitas Sumatera Utara

l.

Pass

= 4

Tube sheet

= 1 1 4 in, triangular pitch

a”

= 0,2618 ft2

Koreksi UD a) Jumlah Tube

=

Nt

A L.a ''

= 57,7044 tube b) Ambil Nt pada tabel 9 Kern yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, Nt = 58 c) Koreksi UD A

= Nt . L . a’’ = 212,5816 ft2

UD

=

Q A . ∆T

= 49,7452 Btu/jam ft2.oF

m. Data Spesifikasi Karena UD mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut : a) Tube side : Nt

= 58

PT

= 1,25 in

’’

C

= 0,104 ft

= (PT – OD tube) = (1,25 in – 1 in)

Tube Passes

=

= 0,25 in

= 0,021 ft

2

Tube OD

=

1 in

= 0,083 ft

b) Shell Side : ID

= 13,25 in

(table 9, Kern)

Baffle space (B) = 2,65 inch Pass

= 2

Universitas Sumatera Utara

n. Tube Side : Cold Fluid a) Flow area, at a't

= 0,2277 in2

at

=

N t .a' t n

= 0,0229 ft2 b) Laju alir massa, Gt Gt

=

w at

= 235602,9765 lb/jam ft2 c) Bilangan Reynold, Ret Pada, tc

= 115,6 oF

µ

= 1,0180 cP

=

De

= ID = 0,87 in

= 0,0725 ft

Ret

=

2,4627 lb / ft hr

G t . De

µ

= 6935,84 d) Dari gambar 24, Kern hal. 834 Pada, Ret = 6935,84 L/D

= 193,1034483 didapat

jH

= 35

e) Prandl Number, Pr Pr

=

Cp.µ k

Pr

= 26,8493

hi

 k   µ. C p = jH   .  D  k

  

k

= 0,0920 Btu/jam.ft.oF

Cp

= 1,003 Btu/lb.oF

1/ 3

(Pers. 6.15d, Kern)

= 131,5424 Btu/jam.ft2.oF hio

= hi (ID/OD)

(Pers. 6.9, Kern)

= 114,4419 Btu/jam.ft2.oF

Universitas Sumatera Utara

o.

Shell Side : Hot Fluid a) Pada Tc

= 158 oF

B

= 2,65 in

C”

= 0,25 in

Luas area laluan, as

(IDxC" xB ) (144 xPt )

as

=

as

= 0,0488 ft2

b) Laju alir, Gs

W as

Gs

=

Gs

= 5953,3839 lb/jam ft2

c) Bilangan Reynold, Ret Pada, Tc

= 158 oF

µ

= 0,4004 cP = 0,9690 lb / ft hr

De

= 0,7118 in

Res

=

Res

= 364,4358

jH

= 10

= 0,0593 ft

G s . De

µ

( Fig.28 Kern )

d) Prandl Number, Pr

Cp.µ k

Pr

=

k

= 1,0010 Btu/jam.ft.oF

Cp

= 0,9624 Btu/lb.oF

Pr

= 0,9316

e) Koefisien perpindahan panas, ho ho

= jH (k/D) (cµ/k)1/3 = 164,8594 Btu/hr.ft2oF

f) Clean Overall Coefficient, Uc Uc

=

h io . h o h io + h o

Universitas Sumatera Utara

= 67,5501 Btu/jam ft2.oF g) Dirt Factor Coefficient, Rd Rd

=

Uc - Ud U c .U d

= 0,0053 p. Pressure Drop a) Tube Side Untuk Ret = 6935,8426 f

= 0,0007

s

= 1,004

∆Pt

=

(Fig 26, Kern)

f . G 2t . L . n 5,22 . 1010 . D.s. Φ t

= 0,5749 psi = 235602,9765 lb/ft2 jam

Gt

Maka, dari Fig. 27 Kern hal. 837 didapat : V2/2g’ ∆Pr

= 0,007 v2 4.n = x ' s 2g = 0,112 psi

∆PT

= ∆Pt + ∆Pr = (0,57496 + 0,112) psi = 0,6869 psi

b) Shell side Faktor friksi Re

= 364,4358

f

= 0,004

(Fig.29, Kern)

Number of cross, (N+1) N+1

= 12 L / B = 63,3962

Ds

= ID/12 = 1,1042 ft

Universitas Sumatera Utara

s

= 0,998

ΔPs

f Gs Di ( N + 1) = 5,22 x1010 x De S φs = 0,0032 psi 2

SUMMARY Heater 01 (H-01) ho = 164,854

h outside UC

=

67,5501

UD

=

49,7452

Rd Calculated

=

0,0053

Rd Required

=

0,003

hio = 114,4419

0,0032 psi

Calculated ΔP, Psi

0,6869 psi

10 psi

Allowable ΔP, Psi

10 psi

SUMMARY Heater 02 (H-02) ho =

hio =

h outside

164,8594

114,4418

UC

=

67,55005

UD

=

45,66979

Rd Calculated

=

0,007092

Rd Required

=

0,003

0,0223 psi

Calculated ΔP, Psi

10 psi

Allowable ΔP, Psi

0,6124 psi 10

psi

Universitas Sumatera Utara

LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI UTILITAS

1. Pompa Air Sungai (PU-01) Fungsi

: Untuk mengalirkan air dari sungai

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 27304,2618 kg/jam = 16,7211 lbm/detik

Densitas ; ρ

= 995,68 kg/m3 = 62,15 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 7,0 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik; Diameter optimum,IDop IDop

Q

=

F

ρ

=

16, 7211 lb/detik = 0,2690 ft3/detik 995,68 lb/ft 3

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13

(Peters&Timmerhaus,2004)

= 3,9 (0,2690)0,45 (62,15)0,13 = 4,02 in

Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 4,5 in

Diameter dalam; ID

= 4,02 in = 0,3355 ft

Luas penampang; A

= 3,35 in2 = 0,0817 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0, 2690 ft 3 /detik = = 3,28 ft/detik 0,0817 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

=

16,7211 lb/ft 3 x0,3355 ftx3, 28 ft / det ik 7,0 x 10-4 lbm/ft.detik

= 101.558,13 > 2100 aliran turbulen f = 0,022

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 30 ft LD-1 Universitas Sumatera Utara

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 4,026 = 4,36 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 4,026 = 30,19 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 4,026 3,69 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0, 4,026 ft =,52 4 ft

+

∑ L = 72,7745 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

=

4 x 0, 022(3, 28 ft/detik) 2 72, 7745 ft = 0,1641 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf .det ik 2 x0,1723 ft

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 10 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Kerja pompa; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

= 10 ft x

32,174 ft / det ik 2 + 0,1641 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2

Universitas Sumatera Utara

= 10,1641 ft lbf/lbm Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P

2.

= 1,14 Hp

Bak Penampung (BPU)

Fungsi

: Untuk menampung air sungai sementara

Jumlah

: 1 buah

Bentuk

: Prisma segi empat beraturan

Bahan konnstruksi

: Beton

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 6183,6321kg/jam

Densitas campuran; ρ camp

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 6 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume bak penampung

=

1,2 x 6183,6321 kg / jam x 6 jam 998,23 kg / m3

= 44,6011 m3 Direncanakan, Panjang, P

= 2 x lebar bak, l = tinggi bak, t

Volume bak

= 2l x l x l

44,6011 m3

= 2l3

Lebar bak, l

= 2,8147 m

Panjang bak, P

= 2 x 2,8147 = 5,6295 m

Tinggi bak, t

= 2,8147 m

Luas bak, A

= 5,6295 x 2,8147 = 15,8453 m2

3.

Pompa Bak Penampung (PU-02)

Fungsi

: Untuk mengalirkan air dari bak penampung ke CL

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Universitas Sumatera Utara

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 27.304,26 kg/jam = 16,72 lb/detik

Densitas ; ρ

= 995,68 kg/m3 = 62,15 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 7,0 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

=

F

ρ

=

16,72 lb/detik = 0,2690 ft3/detik 3 62,15 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13

Diameter optimum,IDop

(Peters&Timmerhaus,2004)

IDop = 3,9 (0,2690 )0,45 (62,15)0,13 = 4,02 in Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 4,5 in

Diameter dalam; ID

= 4,02 in = 0,3355 ft

Luas penampang; A

= 0,0817 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0, 2690  f t 3 /detik = = 3,28 ft/detik 0,0817 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 101.561,78 > 2100 aliran turbulen f = 0,022

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 =30 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,3355 = 4,34 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,3355 = 30,19 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,3355 = 3,69 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,3355 ft = 4,52 ft +

∑ L = 72,77 ft

Universitas Sumatera Utara

Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

= 0,1641 ft lbf/lbm Tinggi pemompaan ∆ Z

= 10 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =

4.

0,0821 hp 0,8

= 1,14 hp = 1,5 Hp

Tangki Pelarutan Alum (TPU-01)

Fungsi

:

Tempat pelarutan aluminium sulfat

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup elipsoidal dan menggunakan pengaduk

Bahan

:

Kondisi operasi

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 0,3092 kg/jam

Densitas alum 30%; ρ

= 1363 kg/m3 = 84,9139 lb/ft3

Kebutuhan

= 30 hari

Universitas Sumatera Utara

Faktor keamanan Volume tangki =

= 20%

1,2 x 0,3092 kg / jam x 24 jam / hari x 30 hari 0,3 x 1316 kg / m3 = 0,6767 m3

Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1 Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

0,6767 m3

=

0,6767 m3

= 0,785 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 0,9517 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

= 0,9517 m = 3,1225 ft

Tinggi elipsoidal; He =

1 (3,14) Dt 2 ( Dt ) 4

0,9517 m = 0,4759 m = 18,7362 in 2 1 x 0,9517 m = 0,2379 m 4

Tinggi tangki total; HT

= 0,9517 m + 0,2379 m = 1,1896 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

= 3,1225 ft

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

84,9139 lb / ft 3 (3,1225 ft − 1) = 18,3985 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 18,3985 Psi = 22,0781 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun

Universitas Sumatera Utara

ts =

22,0781 Psi x 18,7362 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 22,0781 Psi = 0,1276 in

Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan;

1 D 1 L Da W = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E Dimana: Dt

= diameter tangki (ft)

Da

= diameter pengaduk

= 0,3 x 3,1225 ft

= 0,9368 ft

W

= lebar pengaduk

= 1/5 x 0,9368 ft

= 0,1874 ft

L

= panjang daun pengaduk

= ¼ x 0,9368 ft

= 0,2342 ft

E

= jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 3,1225 ft

= 0,7806 ft

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P

KT n3 Da 5 ρm = gc 550

Dimana; KT

= konstanta pengadukkan 6,3

n

= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps

gc

= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2

Sehingga daya; P

=

6,3(1 rps )3 (0,9368 ft )5 84,9139lb / ft 3 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550

= 0,0218 HP Efesiensi motor 80%; P

=

0,0218 = 0,0276 Hp = 1/10 HP 0,8

Universitas Sumatera Utara

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 0,9517 m



Tinggi Tangki; HT

= 1,1896m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Diameter pengaduk

= 0,9368 ft



Daya motor

= 1/10 HP



Tipe pengaduk

= propeler

5.

Pompa Larutan Alum (PU-03)

Fungsi

: Untuk mengalirkan larutan alum ke CL

Tipe

: Pompa injeksi

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 1,36 kg/jam = 8,0 x 10-4 lb/detik

Densitas campuran; ρ

= 1363 kg/m3 = 85,08 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1 cp = 7,0 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

=

F

ρ

=

8,0 x10-4 lb/detik =9,83 x10-6 ft3/det 85, 08  l b/ft 3

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13

Diameter optimum,IDop

(Peter &Timmerhaus,2004)

IDop = 3,9 (9,83 x10-6)0,45 (85,08 )0,13 = 0,423 in Dipilih pipa 1/8 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 0,67 in

Diameter dalam; ID

= 0,423 in = 0,04 ft

Luas penampang; A

= 0,058 in2 = 0,0004 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 9,83 x10−6 ft 3 /detik = = 0,0108 ft/detik 0,0004 ft 2 A

Universitas Sumatera Utara

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 48,2969 < 2100 aliran laminer Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f = 4,0379

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 30 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,04 = 0,45 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,04 = 3,17 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,04 = 0,38 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,04 ft = 0,47ft +

∑ L = 34,49 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

= 1,24 ft lbf/lbm Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Universitas Sumatera Utara

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 3,8 x10 -6 hp = 1/10 hp

6.

Tangki Pelarutan Soda Abu (TPU-02)

Fungsi

:

Tempat pelarutan Natrium Karbonat

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup elipsoidal dan menggunakan pengaduk

Bahan

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Kondisi operasi Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 0,7372 kg/jam

Densitas soda abu 30%; ρ

= 1327 kg/m3 = 82,0712 lb/ft3

Kebutuhan

= 30 hari

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt =

1, 2 x 0, 7372 kg / jam x 24 jam / hari x 30 hari 0,3 x 1327 kg / m3

= 1,6 m3

Diameter tangki; Dt

= 1,1076 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

= 1,6614 m

Tinggi elipsoidal; He =

1,1076 m 2

= 0,5538 m

1 x 1,1076 m = 0,2769 m 4

Tinggi tangki total; HT

= 1,6614 m + 0,2769 m = 1,9383 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph =

Po +

ρ (Hs − 1) 144

Ph =18,0050 Kpa Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 119,33 Psi = 143 Kpa

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Universitas Sumatera Utara

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun Tebal tangki ts = 0,2389 in Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan;

1 D 1 L Da W = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E Dimana: Dt

= diameter tangki (ft)

Da

= diameter pengaduk

= 0,3 x 2,5359ft

= 0,7608 ft

W

= lebar pengaduk

= 1/5 x 0,7608 ft

= 0,1522 ft

L

= panjang daun pengaduk

= ¼ x 0,7608 ft

= 0,1902 ft

E

= jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 2,5359 ft

= 0,6340 ft

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P

=

KT n3 Da 5 ρm gc 550

Dimana; KT

= konstanta pengadukkan 6,3

n

= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps

gc

= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2

Sehingga daya; P

=0,0769 HP

Efesiensi motor 80%;

Universitas Sumatera Utara

P

=

0,0769 = 0,0961 Hp = 1/4 HP 0,8

Spesifikasi Tangki

7.



Diameter tangki; Dt

= 0,7729 m



Tinggi Tangki; HT

= 0,9661 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Diameter pengaduk

= 0,7608 ft



Daya motor

= 1/10 HP



Tipe pengaduk

= propeler

Pompa Larutan Soda Abu (PU-04) Fungsi

: Untuk mengalirkan soda abu ke CL

Tipe

: Pompa injeksi

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 0,7370 kg/jam

= 5,0 x10 −4 lb/detik

Densitas campuran; ρ

= 1327 kg/m3

= 82,6712 lb/ft3

Viskositas, µ

= 0,5489 cp = 3,69 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q=

F

ρ

=

5,0 x10-4 lb/detik = 5,44 x10 -6 ft3/detik 3 82,6712 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

Diameter optimum,IDop

IDop= 3,9 (5,44 x10 -6 )0,45 (82,6712)0,13 = 0,4230 in Dipilih pipa 1/8 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 0,4051 in

Diameter dalam; ID

= 0,675 in

Luas penampang; A

= 0,0009 ft2

Universitas Sumatera Utara

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 5,44x10-6 ft 3 /detik = = 0,0060 ft/detik 0,0009 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 70.678,4037 >2100 aliran Turbulen Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f = 4,1338

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 30 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,4232 = 0,4582 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,4232 = 3,1725ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,4232 = 0,3877 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,4232 ft = 0,4758 ft +

∑ L = 34,4943 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

4 fv 2 ∑ L = 2 gcD = 3,28 x 10-6 ft lbf/lbm

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆  2 gc α  

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi;

Universitas Sumatera Utara

Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Kerja pompa; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

32,174 ft / det ik 2 = 15 ft x + 34,4943 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 49,4943 ft lbf/lbm Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =

8.

20 HP 0,8

= 21 x10 -6 HP = 1/4 HP

Tangki Klarifikasi (CL)

Fungsi

:

Tempat pembentukan koagulan

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah bentuk konis dan tutup datar dan menggunakan pengaduk

Bahan

:

Kondisi operasi

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir air masuk

= 27304,2618 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Laju alir volumetrik air

=

= 62,189 lb/ft3

27304, 2618 kg/jam 998,23 kg/m3

= 27,4227 m3/jam

Laju alir alum masuk

= 1,3652 kg/jam

Densitas alum 30%; ρ

= 1363 kg/m3 = 84,9139 lb/ft3

Laju alir volumetrik alum

=

1,3652 kg/jam 1363 kg/m3

= 0,0010 m3/jam

Laju alir soda abu masuk

= 0,7372 kg/jam

Universitas Sumatera Utara

Densitas soda abu 30%; ρ

= 1327 kg/m3 = 82,0712 lb/ft3

Laju alir volumetrik soda abu =

0, 7372 kg/jam 1327 kg/m3

= 6,0 x10 -4 m3/jam Laju alir volumetrik total

= 27,4227 + 00,0010 + 6,0 x10 -4 kg/jam = 27,4243 kg/jam

Densitas campuran; ρ camp

=

6184,1083 kg/jam 6,1950 m3 /jam

= 998,2419 kg/m3 = 62,1781 lb/ft3

Kebutuhan

= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt =

1, 2 x 27306,36 kg / jam x 1 jam 998, 2419 kg / m3

= 32,9091 m3 Diameter tangki; Dt

= 3,23 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

= 4,85 m

Panjang sudut kerucut = = Tinggi Konis; HC

=

3,23 m 2

= 1,61 m

R cos 30 o 1,0578 = 1,2215 m 0,866

(1,2215) 2 − (1,0578) 2

= 0,6109 m Tinggi tangki total; HT

= 2,1157 m + 0,6109 m = 2,7266 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

62,1781lb / ft 3 (6,9416 ft − 1) = 17,2655 Psi 144

Universitas Sumatera Utara

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 140,35 Kpa = 168,4277 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts = 0,3750 in Digunakan silinder dengan ketebalan 1/4 in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan;

1 D 1 L Da W = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E Dimana: Dt

= diameter tangki (ft)

Da

= diameter pengaduk

= 0,3 x 6,9416 ft

= 2,0825 ft

W

= lebar pengaduk

= 1/5 x 2,0825 ft

= 0,4165 ft

L

= panjang daun pengaduk

= ¼ x 2,0825 ft

= 0,5206 ft

E

= jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 0,9416 ft

= 1,7354 ft

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P

=

KT n3 Da 5 ρm gc 550

Dimana; KT

= konstanta pengadukkan 0,32

n

= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps

Universitas Sumatera Utara

gc

= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2

Sehingga daya; P

=

0,32(1 rps )3 (2,0825 ft )5 62,1781lb / ft 3 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550

= 0,044 hp Efesiensi motor 80%; P

=

0,044 = 0,055 hp =1/10 hp 0,8

Pada tangki klarifikasi diasumsikan padatan yang terflokulasi 0,5% dari total bahan masuk dan dikeluarkan melalui bagian bawah klarifikasi. Maka flok yang keluar

= 0,005 x 6184,1083 = 30,9205 kg/jam

Air yang keluar dari klarifier = 6184,1083 - 30,9205 = 6153,1878 kg/jam Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 3,2374 m



Tinggi Tangki; HT

= 4,8561 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Bahan konstruksi

9.

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Diameter pengaduk

= 2,0825 ft



Daya motor

= 1/10 hp



Tipe pengaduk

= propeler

Pompa Tangki Klarifikasi (PU-05) Fungsi

: Untuk mengalirkan air dari tangki klarifikasi ke Sand Filter

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 27.304,2618 kg/jam = 16,7211 lb/detik

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 7,0 x 10-4 lbm/ft detik

Universitas Sumatera Utara

Laju alir volumetrik;

Q

=

F

ρ

=

16, 7211 lb/detik = 0,2690 ft3/detik 3 62,189 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

Diameter optimum,IDop IDop

= 3,9 (0,2690)0,45 (62,189)0,13 = 4,026 in

Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 4,5 in

Diameter dalam; ID

= 4,026in

Luas penampang; A

= 0,0817 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0, 2690 ft 3 /detik = = 2,6094 ft/detik 0,0817 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 101.562,1925 > 2100 aliran turbulen f = 0,022

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 50 ft

= 120 in

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 4,026 = 4,36 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 4,026 = 30,19 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 4,026 = 3,69 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 4,026 ft = 4,52 ft +

∑ L = 92,77 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

4 x 0,022(2,6094 ft/detik) 2 36,0173 ft = = 1,9465 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,1723 ft Tinggi pemompaan ∆ Z

= 10 ft

Universitas Sumatera Utara

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 1,9 hp = 2 Hp

10.

Tangki Sand Filter (SF) Fungsi

:

Tempat penyaringan air menggunakan pasir

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup elipsoidal

Bahan

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959) 30oC.1atm

Kondisi operasi: Perhitungan: Laju alir air masuk

= 6,8557 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 1 jam

Faktor keamanan

= 40% ( ruang untuk pasir)

Volume tangki; Vt =

= 62,189 lb/ft3

1, 4 x6,8557 kg / jam x 1 jam 998, 23 kg / m3

= 8,2268 m3 Diambil tinggi silinder; Hs

4 Dt 3

Universitas Sumatera Utara

Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

8,2268 m3

=

8,2268 m3

= 1,0467 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 1,6700 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

=

Tinggi tutup; He

=2x

4 1 (3,14) Dt 2 Dt 3 4

1, 6700  m 2

= 0,8350 m

4 x 1,6700 m 3

= 2,2267 m

1 x 1,7600 m 4

= 0,8350 m

Tinggi tangki total; HT= 2,2267 m + 0,8350 m = 3,0617 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi

Ph

=

16,2957 Kpa

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 18,0911 Psi = 21,7093 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

21,7093 Psi x 39,8329 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 21,7093 Psi = 0,1577 in

Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in Pada sand Filter diasumsikan padatan yang tertinggal pada filter 0,5% dari total bahan masuk

Universitas Sumatera Utara

Maka padatan tertinggal

= 0,005 x 6183,6321 = 30,9182 kg/jam

Air yang keluar dari Filter

= 6183,6321 - 30,9182 = 6152,7139 kg/jam

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 1,6700 m



Tinggi Tangki; HT

= 3,00617 m



Tebal silinder; ts



Bahan konstruksi

= Carbon steel

Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



11.

in

Pompa Tangki Sand Filtter (PU-06) Fungsi

: Mengalirkan air dari Sand Filter ke menara air

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 6183,6321 kg/jam = 3,7789 lb/detik

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

=

F

ρ

=

3,7789 lb/detik = 0,0608 ft3/detik 62,189 lb/ft 3

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

Diameter optimum,IDop

IDop = 3,9 (0,0608 )0,45 (62,189)0,13 = 1,89 in Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 2,38 in

Diameter dalam; ID

= 2,067 in = 0,1723 ft

Luas penampang; A

= 3,35 in2 = 0,0233 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0,0608 ft 3 /detik = = 2,6094 ft/detik A 0,0233 ft 2

Universitas Sumatera Utara

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

=

62,189 lb/ft 3 x0,1723 ftx 2,6094 ft / det ik 6,756 x 10- 4 lbm/ft.detik

= 11.385,6583 > 2100 aliran turbulen f = 0,022

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 10 ft

= 120 in

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,1723 = 2,2399 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,1723 = 10,338 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,1723 = 4,6521 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,1723 ft = 8,7873 ft +

∑ L = 36,0173 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

4 fv 2 ∑ L = 2 gcD =

4 x 0,022(2,6094 ft/detik) 2 36,0173 ft = 1,9465 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,1723 ft

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 10 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Universitas Sumatera Utara

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Kerja pompa; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

32,174 ft / det ik 2 + 1,9465 ft lbf/lbm = 10 ft x 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 11,9465 ft lbf/lbm Daya pompa; P

= Q x ρ x Wf = 0,0608 ft3/detik x 62,189 lb/ft3 x 11,9465 ft lbf/lbm = 45,1708 lb ft/detik/550 = 0,0821 hp

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =

12.

0,0821 hp 0,8

= 0,1027 hp = 1/4 hp

Menara Air (MA)

Fungsi

:

Menampung air sementara sebelum didistribusikan

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup datar yang diletakkan diatas menara tinggi 10 m

Bahan

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959)Kondisi operasi

Kondisi Operasi

= 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir air masuk

= 6183,6321 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

= 62,189 lb/ft3

Kebutuhan

= 2 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt

=

1,2 x6183,6321 kg / jam x 2 jam 998,23 kg / m3 = 14,8670 m3

Diambil tinggi silinder; Hs/ Dt = 1

Universitas Sumatera Utara

Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

14,8670 m3

=

14,8670 m3

= 0,785 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 2,6655 m

Jari – jari tangki, R

=

2,6655 m 2

= 1,3328 m

Tinggi tangki; Hs

= 2,6655 m

= 8,7455 ft

1 (3,14) Dt 2 Dt 4

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

= 52,4711 in

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

62,1903 lb / ft 3 (8,7455 ft − 1) = 18,0450 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 18,0450 Psi = 21,6540 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

21,6540 Psi x 52,4711 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 21,6540 Psi = 0,1758 in = 1/4 in

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 2,6655 m



Tinggi Tangki; HT

= 2,6655 m



Tebal silinder; ts

= 1/4 in

Bahan konstruksi

= Carbon steel

Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Universitas Sumatera Utara

13.

Tangki Pelarutan Natrium Klorida (TPU-03) Fungsi

:

Tempat pelarutan Natrium Klorida

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup elipsoidal dan menggunakan pengaduk

Bahan

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Kondisi operasi Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 2,4153 kg/jam

Densitas NaCl 50%; ρ

= 1575 kg/m3 = 98,1214 lb/ft3

Kebutuhan

= 30 hari

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt

= 2,6499 m3

Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1 Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

2,6499 m3

=

2,6499 m3

= 0,785 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 1,3105 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

= 1,9657 m

Tinggi elipsoidal; He =

1 (3,14) Dt 2 Dt 4

1,3105 m 2

= 0,6552 m

1 x 1,9657 m = 0,4914 m 4

Tinggi tangki total; HT= 1,9657 m + 0,4914 m = 2,4571 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

25,2837 Kpa

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 126,6087 Psi = 132,9391 kpa

Universitas Sumatera Utara

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts = 0,2428 in Digunakan silinder dengan ketebalan ¼

in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan;

1 D 1 L Da W = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E Dimana: Dt

= diameter tangki (ft)

Da

= diameter pengaduk

= 0,3 x 5,7828ft

= 1,7348 ft

W

= lebar pengaduk

= 1/5 x 1,7348 ft

= 0,3470 ft

L

= panjang daun pengaduk

= ¼ x 1,7348 ft

= 0,4337ft

E

= jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 5,7828 ft

= 1,4457 ft

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P

=

KT n3 Da 5 ρm gc 550

Dimana; KT

= konstanta pengadukkan 0,32

n

= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps

gc

= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2

Sehingga daya; P

0,32(1 rps )3 (1,7348 ft )5 98,1214lb / ft 3 = 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550 = 0,0279 hp

Universitas Sumatera Utara

Efesiensi motor 80%; P

=

0,0279 = 0,0349 hp = 1/10 hp 0,8

Spesifikasi Tangki

14.



Diameter tangki; Dt

= 1,3105 m



Tinggi Tangki; HT

= 2,4528m



Tebal silinder; ts

= 1/4 in

Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Diameter pengaduk

= 1,7348 ft



Daya motor

= 1/10 hp



Tipe pengaduk

= propeler

Pompa Larutan Natrium klorida (PU-07) Fungsi

: Untuk mengalirkan natium klorida ke Cation Exchanger

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 2,4153 kg/jam

= 0,0014 lb/detik

Densitas bahan; ρ

= 1575 kg/m3

= 98,1241 lb/ft3

Viskositas, µ

= 6,2144 cp = 4,1775 x 10-3 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik; Diameter optimum,IDop

Q

=

F

ρ

=

0,0014 lb/detik = 1,5 x10-5 ft3/detik 98,1241 lb/ft 3

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004) IDop

= 3,9 (1,5 x10-5 )0,45 (98,1241)0,13 = 0,215 in

Dipilih pipa 1/8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 0,405 in

Diameter dalam; ID

= 0,215 in = 0,02 ft

Universitas Sumatera Utara

= 0,0002 ft2

Luas penampang; A Kecepatan laju alir;

v

=

Q 1,5 x10-5 ft 3 /detik = = 0,0649 ft/detik 0,0002 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 40.718,0505 <>2100 aliran Turbulan

Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f =1,9941

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: L1 = 20 ft

Panjang pipa lurus

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,215 = 0,2329 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,215 = 1,6125 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,215 = 0,1970 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,215 ft = 0,2418 ft +

∑ L = 22,1843 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

=

4 x 1,9941(0,061 ft/detik) 213,3824 ft = 0,2756 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x 0,0224 ft

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Foust,1980)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆  2 gc α  

Universitas Sumatera Utara

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 6,72x10 -5 hp = 1/4 hp

15.

Cation Exchanger (CE)

Fungsi

:

Tempat penghilangan kesadahan kation

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959)

elipsoidal Bahan

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir air masuk

= 3810,8029 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt

=

= 62,189 lb/ft3

1, 2 x3810,8029kg / jam x 1 jam 998, 23 kg / m3

= 4,5811 m3 Diambil tinggi silinder; Hs

5 Dt (dibutuhkan kolom yang lebih tinggi untuk 3

memperlama kontak antara resin dan air) Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

4,5811 m3

=

4,5811 m3

= 1,3083 Dt3

1 5 (3,14) Dt 2 Dt 4 3

Universitas Sumatera Utara

Diameter tangki; Dt

= 0,6096 m

Jari – jari tangki, R

=

0, 6096  m 2

= 0,3048 m

Tinggi tangki total; HT= 2,7858 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi

Ph

=

25,7658 kpa

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 127,08kpa = 133,4411 kpa

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

22,1208 Psi x 34,7240 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 22,1208 Psi = 0,1513 in

Spesifikasi Tangki

16.



Diameter tangki; Dt

= 0,6096 m



Tinggi Tangki; HT

= 2,78 m



Tebal silinder; ts





Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun

in

Pompa Cation Exchanger (PU-08) Fungsi

: Mengalirkan air dari CE ke Anion Exchanger

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Universitas Sumatera Utara

Bahan konnstruksi

: Carbon steel = 30oC.1atm

Kondisi operasi Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 3810,8029 kg/jam = 2,3337 lb/detik

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

=

F

ρ

=

2,3337 lb/detik = 0,0375 ft3/detik 3 62,189 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

Diameter optimum,IDop IDop

= 3,9 (0,0375)0,45 (62,189)0,13 =1,61 in

Dipilih pipa 2 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 2,38 in

Diameter dalam; ID

= 2,61 in = 0,1342 ft

Luas penampang; A

= 0,0131 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0,0375 ft 3 /detik = = 2,5193 ft/detik 0,0131ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 4.293,5007 > 2100 aliran turbulen f = 0,023

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 30 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 1,61

= 1,7441 ft

2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 1,61

= 12,075 ft

Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 1,61

= 1,47 ft

Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 1,61

ft = 1,81 ft +

∑ L = 47,10 ft

Universitas Sumatera Utara

Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

= 0,0160 ft lbf/lbm Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 0,10 hp = ¼ hp

17.

Tangki Pelarutan Natrium Hidroksida (TPU-04) Fungsi

:

Tempat pelarutan Natrium Hidroksida

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup elipsoidal dan menggunakan pengaduk

Bahan

:

Kondisi operasi

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 1,1411 kg/jam

Densitas NaOH 50%; ρ

= 1518 kg/m3 = 94,5703 lb/ft3

Kebutuhan

= 30 hari

Faktor keamanan

= 20%

Universitas Sumatera Utara

Volume tangki; Vt =

1, 2 x 1,1411 kg / jam x 24 jam / hari x 30 hari 0,5 x 1518 kg / m3

= 1,29 m3 Diambil tinggi silinder; Hs / Dt = 1 Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

1,29 m3

=

1,29 m3

= 0,7850 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 1,0333 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

= 1,0333 m

Tinggi elipsoidal; He =

1 (3,14) Dt 2 Dt 4

1, 0333 m 2

1 x 1,0333 m = 0,2583 m 4

Tinggi tangki total; HT

= 1,0333 m + 0,2583 m = 1,8082 m

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

= 0,5166 m

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

19,2140 Psi

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 120,5390 Psi = 126,5659 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

20,5506 Psi x 27,35 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 20,5506 Psi = 0,1375 in

Universitas Sumatera Utara

Digunakan silinder dengan ketebalan ¼

in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan;

1 D 1 L Da W = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E Dimana: Dt

= diameter tangki (ft)

Da

= diameter pengaduk

= 0,3 x 4,5596 ft

= 1,3679 ft

W

= lebar pengaduk

= 1/5 x 1,3679 ft

= 0,2736 ft

L

= panjang daun pengaduk

= ¼ x 1,3679 ft

= 0,3420 ft

E

= jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 4,5596 ft

= 1,1399 ft

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P

KT n3 Da 5 ρm gc 550

=

Dimana; KT

= konstanta pengadukkan 6,3

n

= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps

gc

= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2

Sehingga daya; P

=

6,3(1 rps )3 (1,3679 ft )5 94,5703 lb / ft 3 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550

= 0,0082 hp Efesiensi motor 80%; P

=

0,0082 = 0,0102 hp = 1/10 hp 0,8

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 1,0333 m



Tinggi Tangki; HT

= 1,8082 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Bahan konstruksi

= Carbon steel

Universitas Sumatera Utara

18.



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Diameter pengaduk

= 1,3679 ft



Daya motor

= 1/10 hp



Tipe pengaduk

= propeler

Pompa Larutan Natrium Hidroksida (PU-09) Fungsi

: Untuk mengalirkan natium hidroksida ke Anion Exchanger

Tipe

: Pompa injeksi

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 1,4111 kg/jam

= 0,0007 lb/ det

Densitas bahan; ρ

= 1518 kg/m

Viskositas, µ

= 0,64 cp = 4,302 x 10-4 lbm/ft detik

3

Laju alir volumetrik; Diameter optimum,IDop

Q

=

F

ρ

=

= 94,5703 lb/ft3

0, 0007 lb/detik = 2,1x10-7 ft3/det 3 94,5703 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004) IDop

= 3,9 (1,2x10 −5 )0,45 (94,5703)0,13 = 0,043 in

Dipilih pipa 1/8 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 0,405 in

Diameter dalam; ID

= 0,215 in = 0,02 ft

Luas penampang; A

= 0,0002 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 2,1x10−7 ft 3 /detik = = 0,0318 ft/detik 0,0002 ft A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 186.802,0403>2100 aliran turbulan

Universitas Sumatera Utara

Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f = 0,0433

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1

= 20 ft

1 buah gate valve fully open L/D L2

= 13

= 1 x 13 x 0,02 = 0,23 ft

2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 Penyempitan mendadak, K L4 Pembesaran mendadak,K L5

∑L

= 2 x 30 0,02 = 1,61 ft = 0,5; L/D = 27 = 1 x 27 x 0,02 = 0,19 ft = 1,0; L/D = 51 = 1 x 51 x 0,02 ft = 0,24 ft + = 22,28 ft

Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

4 x 0,0433(0,03 ft/detik) 214,5753 ft = = 0,0036 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x 0,0303 ft Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Universitas Sumatera Utara

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 3,17x10-5 HP = 1/10 HP

19.

Anion Exchanger (AE)

Fungsi

:

Tempat penghilangan kesadahan Anion

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup elipsoidal

Bahan

:

Kondisi operasi

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir air masuk

= 3810,8029 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volum tangki; Vt

=

= 62,189 lb/ft3

1, 2 x3810,8029kg / jam x 1 jam 998, 23 kg / m3

= 4,58 m3 Diambil tinggi silinder; Hs

5 Dt (dibutuhkan kolom yang lebih tinggi untuk 3

memperlama kontak antara resin dan air) Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

4,58 m3

=

4,58 m3

= 1,3083 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 0,6096 m

Tinggi tutup; He

= 0,1524 m

1 5 (3,14) Dt 2 Dt 4 3

Tinggi tangki total; HT= 1,7114 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi

Universitas Sumatera Utara

Ph

=

14,7 Psi +

62,1903 lb / ft 3 (9,6461 ft − 1) = 18,4340 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 122,4046 kpa

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

22,1208 Psi x 34,7240 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 22,1208 Psi = 0,1513 in

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 0,6096 m



Tinggi Tangki; HT

= 1,71m



Tebal silinder; ts





Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun

20.

in

Pompa Anion Exchanger (PU-10)

Fungsi

: Mengalirkan air dari AE ke Penampungan air proses

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 3810,8029 kg/jam = 2,3337 lb/detik

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Universitas Sumatera Utara

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

Diameter optimum,IDop

F

=

ρ

=

2,3337 lb/detik = 0,0375 ft3/detik 3 62,189 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004) IDop

= 3,9 (0,0375)0,45 (62,189)0,13 =1,61 in

Dipilih pipa 2 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 1,90 in

Diameter dalam; ID

= 1,61 in

Luas penampang; A

= 0,0131 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0, 0375 ft 3 /detik = = 2,8578 ft/detik 0,0131 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 44293,50 > 2100 aliran turbulen f = 0,023

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 20 ft

= 120 in

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,13 = 1,74 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,13 = 12,07 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,13 = 1,47 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,13 ft = 1,81 ft +

∑ L = 37,1062 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

Universitas Sumatera Utara

4 x 0,023(2,5193 ft/detik) 2 36,0173 ft = 1,8969 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,1723 ft

=

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆  α 2 gc  

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 0,10 hp = ¼ hp

21.

Tangki Penampungan Air Proses (TPU-05)

Fungsi

:

Menampung air proses sementara

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup

:

Carbon steel

datar Bahan

Kondisi operasi

(Brownell & Young,1959)

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir air masuk

= 5973,6321kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 4 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt

=

= 62,189 lb/ft3

1,2 x5973,6321 kg / jam x 4 jam 998,23 kg / m3

Universitas Sumatera Utara

= 28,7243 m3 Diambil tinggi silinder; Hs

4 Dt 3

Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

28,7243 m3

=

28,7243 m3

= 1,0467 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 3,0163 m

Jari – jari tangki, R

=

3,0163 m 2

Tinggi tangki; Hs

=

4 x 3,0163 m 3

4 1 (3,14) Dt 2 Dt 3 4

= 1,5082 m

= 59,3760 in

= 4,0217 m

= 13,1953 ft

Tinggi total tangki HT = 3,0163 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

62,189 lb / ft 3 (13,1953 ft − 1) = 19,9668 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 19,9668 Psi = 23,9601 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

23,9601 Psi x 59,3760 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 23,9601 Psi = 0,1949 in = 1/4 in

Universitas Sumatera Utara

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 3,0163 m



Tinggi Tangki; HT

= 13,1953 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in



Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun

22.

Pompa Daerator (PU-11)

Fungsi

: Mengalirkan air dari Deaerator ke ketel Uap KU

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 19.054,0144 kg/jam = 11,6686 lb/detik

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

Diameter optimum,IDop

F

=

ρ

=

11, 6686  l b/detik = 0,1877 ft3/detik 62,189 lb/ft 3

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004) IDop

= 3,9 (0,1877)0,45 (62,189)0,13 =3,82 in

Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 4,50 in

Diameter dalam; ID

= 3,82 in = 0,32 ft

Luas penampang; A

= 0,0740 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0,1877 ft 3 /detik = = 2,5348 ft/detik 0,0740 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 93360,1256 > 2100 aliran turbulen

Universitas Sumatera Utara

f = 0,029

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: L1 = 20 ft

Panjang pipa lurus

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,32 ft = 4,14 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,32 ft = 28,69 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,32 = 3,50 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,32 ft = 4,30 ft +

∑ L = 60,65 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

=

4 x 0,029(1,7833 ft/detik) 2 23,1974 ft = 1,5216 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,0874 ft

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 8 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆  2 gc α  

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80%

Universitas Sumatera Utara

Daya pompa; P = 0,53 hp = 0,75 hp

23.

Deaerator (DA)

Fungsi

:

Menghilangkan gas dalam air proses

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki silinder horizontal, tutup elipsoidal

Bahan

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Kondisi operasi Perhitungan: Laju alir air masuk

= 19054,0144 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt

=

= 62,189 lb/ft3

1, 2 x19054, 0144  kg / jam x 1 jam 998, 23 kg / m3

= 71,05 m3 Diambil panjang silinder; L= 3 Dt Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

71,05 m3

=

71,05 m3

= 2,355 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 3,9224 m

Tinggi tutup He

=2x

Tinggi tangki

= 5,88 m

1 (3,14) Dt 2 3Dt 4

1 0,8209 m 4

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

= 0,9806 m

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

62,1903 lb / ft 3 (8,0801 ft − 1) = 17,7577 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 17,7577 Psi = 21,3092 Psi

Universitas Sumatera Utara

Tebal silinder, ts

PxR + nc SE − 0,6 P

=

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

21,3092Psi x 16,1603 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 21,3092 Psi = 0,1230 in = 1/8 in

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 3,92 m



Tinggi Tangki; HT

= 5,88 m



Tebal silinder; ts

= 1/8 in

Bahan konstruksi

= Carbon steel

Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



24.

Pompa Air Umpan Ketel (PU-12)

Fungsi

: Mengalirkan air ke ketel

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 248,37 kg/jam = 0,1521 lb/detik

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik; Diameter optimum,IDop

Q

=

F

ρ

=

0,1521 lb / detik            = 0,0004 ft3/detik 3 62,189 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004) IDop= 3,9 (0,0004)0,45 (62,189)0,13

Universitas Sumatera Utara

=0,215 in Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 0,405 in

Diameter dalam; ID

= 0,215 in = 0,0179 ft

Luas penampang; A

= 0,0002 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0, 0004 ft 3 /detik = = 1,8698 ft/detik 0,0002 ft 2 A

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 2518,1970 > 2100 aliran turbulen

f = 0,029

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 20 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,0179 ft = 0,23 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,0179 ft = 1,61 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,0179 = 0,19 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,0179 ft = 0,24 ft +

∑ L = 22,2843 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

4 x 0,029(1,7833 ft/detik) 2 23,1974 ft = = 1,5216 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,0874 ft Tinggi pemompaan ∆ Z

= 8 ft

Universitas Sumatera Utara

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =

25.

0,0115 hp

= 0,09 hp =1/4 hp

0,8

Ketel Uap (KU) Fungsi

: Untuk menghasilkan saturated steam untuk keperluan proses

Jumlah

: 1 buah

Jenis

: Fire tube boiler

Perhitungan Uap yang digunakan = 200oC Panas laten; λ

= 1940,7000 kj/kg

Kebutuhan uap

= 17747,5813 kg/jam

Daya ketel uap; P

=

(Bab VII)

17747,5813 kg / jam x1940, 7000 kj / kg 34,5 x970,3

= 1028,8983 Hp Luas permukaan ;A

= hp x 10 = 10487,4803 Ff2

Universitas Sumatera Utara

Diambil; L

= 30 ft

D

= 3 in

,a

= 0,917 ft2/ft

Jumlah tube; Nt

= 374,0088 tube

Uap yang dihasilkan ketel uap

= 1.7747,5813 kg/jam

Panas laten steam pada 200 C, λ

= 1940,7000 kj/kg

Panas yang dibutuhkan

= 1.7747,5813 kg/jam x 1940,7000 kj/kg / 1,055

o

(Reklaitis.G.V, 1983)

= 32647138,4401 Btu/jam Efficiency

= 0,75

Panas Real

= 32647138,4401 / 0,75 = 43529517,9202 Btu/jam

Nilai bahan bakar

=19.860 Btu/lb

Jumlah bahan bakar

= (43529517,9202 Btu/jam / 19.860 Btu/lb) x 0,4535 = 994,1870 Kg/jam

Kebutuhan solar

= 994,1870 Kg/jam / 0,89 kg/ltr = 1.117,0641 Ltr/jam

26.

Tangki Pelarutan kaporit (TPU-06)

Fungsi

:

Tempat pelarutan kaporit

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup elipsoidal dan menggunakan pengaduk

Bahan

:

Kondisi operasi

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 0,4288 kg/jam

DensiTas soda abu 70%; ρ

= 1272 kg/m3 = 79,2447 lb/ft3

Kebutuhan

= 90 hari

Faktor keamanan

= 20%

Universitas Sumatera Utara

Volume tangki; Vt =

1, 2 x 0, 4288 kg / jam x 24 jam / hari x 90 hari x∈ 0, 7 x 1272 kg / m3 = 1,2483 m3

Diambil tinggi silinder; Hs

4 Dt 3

Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

1,2483 m3

=

1,2483 m3

= 1,0467 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 1,0196 m

Jari – jari tangki, R

=

Tinggi tangki; Hs

= 1,3595 m

4 1 (3,14) Dt 2 Dt 3 4 = 3,3452 Ft

1, 0196  m = 0,5098 m 2

Tinggi elipsoidal; He = 0,2549 m = 1,6144 m

Tinggi tangki total; HT

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

79,244 lb / ft 3 (1,1177 ft − 1) = 14,7648 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 14,7648 Psi = 17,7177 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun

Universitas Sumatera Utara

ts =

17,7177 Psi x 5,03 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 17,7177 Psi = 0,1059 in

Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in

Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan;

1 D 1 L Da W = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E Dimana: Dt

= diameter tangki (ft)

Da

= diameter pengaduk

= 0,3 x 0,8382 ft

= 0,2515 ft

W

= lebar pengaduk

= 1/5 x 0,2515 ft

= 0,0513 ft

L

= panjang daun pengaduk

= ¼ x 0,2515 ft

= 0,0629 ft

E

= jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 0,8382 ft

= 2,1431 ft

Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P

KT n3 Da 5 ρm = gc 550

Dimana; KT

= konstanta pengadukkan 6,3

n

= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps

gc

= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2

Sehingga daya; P

=

6,3(1 rps ) 3 (0,2515 ft ) 5 79,2447lb / ft 3 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550

= 1x10-7 HP = 1/10 hp Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 1,0196 m



Tinggi Tangki; HT

= 1,6144 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Universitas Sumatera Utara

Bahan konstruksi

= Carbon steel



Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



Diameter pengaduk

= 0,2515



Daya motor

= 1/10 hp



Tipe pengaduk

= propeler

27.

Pompa Larutan Kaporit (PU-13)

Fungsi

: Untuk mengalirkan kaporit ke Tangki Domestik

Tipe

: Pompa injeksi

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 0,4288 kg/jam

= 2,62 x10-4 lb/detik

Densitas campuran; ρ

= 1272 kg/m3

= 79,2447 lb/ft3

Viskositas, µ

= 6,72 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

Diameter optimum,IDop IDop

=

2, 62 x10−4 lb/detik = 3,30 x10-6 ft3/detik 3 79,2447 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004) = 3,9 (3,30 x10-6 )0,45 (79,2447)0,13 = 0,215 in

Dipilih pipa 1/8 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 0,405 in

Diameter dalam; ID

= 0,215 in = 0,02 ft

Luas penampang; A

= 0,00023 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

3,30 x10−6   f t 3 /detik = 1,15x10-4 ft/detik 2 0,00023 ft

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

= 44.940,6392 > 2100 aliran turbulan

Universitas Sumatera Utara

f = 64/0,304 = 210

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: L1 = 20 ft

Panjang pipa lurus

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,02 = 0,2912 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,02 = 1,344 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,02 = 0,6048 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,02 ft = 1,1424 ft +

∑ L = 22,2843 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

4 x 210(1,15x10 -4 ft/detik) 2 13,3824 ft = = 1,03x10-4 ft lbf/lbm 2 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik x 0,0224 ft Tinggi pemompaan ∆ Z

= 15 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P = 1/4 hp

Universitas Sumatera Utara

28.

Tangki Penampungan Air Pendingin Bekas (TPU-07)

Fungsi

:

Menampung air pendingin bekas sementara

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup datar

Bahan

:

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Kondisi operasi Perhitungan: Laju alir air masuk

= 18293,1185 kg/jam

Densitas; ρ pada 400C

= 992,215 kg/m3

Kebutuhan

= 1 jam

Faktor keamanan

= 20%

Volume tangki; Vt

=

= 61,8143 lb/ft3

1,2 x18293,1185 kg / jam x (1) jam 992,215 kg / m3 = 22,1240 m3

Diambil tinggi silinder; Hs

4 Dt 3

Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

22,12407 m3

=

22,1240 m3

= 1,0467 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 2,7649 m

Jari – jari tangki, R

=

2,7649 m 2

= 1,3825 m

= 54,4272 in

Tinggi tangki; Hs

=

4 x 2,7649 m 3

= 3,6865 m

= 12,0955 ft

4 1 (3,14) Dt 2 Dt 3 4

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

62,1874 lb / ft 3 (12,0955 ft − 1) 14,7 Psi + = 19,4629 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20%

Universitas Sumatera Utara

Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 19,4629 Psi = 23,3555 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

23,3555 Psi x 54,4272 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 23,3555 Psi = 0,1848 in = ¼ in

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 2,7649 m



Tinggi Tangki; HT

= 3,6865 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Bahan konstruksi

= Carbon steel

Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



29.

Pompa Tangki Penampungan (PU-14) Fungsi

: Mengalirkan air pendingin bekas ke menara pendingin

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 18293,1185 kg/jam = 0,6624 lb/det

Densitas ; ρ

= 992,215 kg/m3 = 61,8143 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik; Diameter optimum,IDop

Q

=

F

ρ

=

0,6624 lb/detik = 0,0107 ft3/detik 3 61,8143 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

Universitas Sumatera Utara

IDop

= 3,9 (0,0107)0,45 (62,189)0,13 =0,8641 in

Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 1,32 in

Diameter dalam; ID

= 1,049 in = 0,0874 ft

Luas penampang; A

= 0,08641 in2 = 0,006 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0,0107 ft 3 /detik = = 1,7833 ft/detik A 0,006 ft 2

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

=

61,8143 lb/ft 3 x0,0874 ftx1,7833 ft / det ik 6,756 x 10- 4 lbm/ft.detik

= 14347,2245 > 2100 aliran turbulen f = 0,029

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 10 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,0874 ft = 1,1362 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,0874 ft = 5,244 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,0874 = 2,3598 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,0874 ft = 4,4574 ft +

∑ L = 23,1974 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

=

4 x 0,029(1,7833 ft/detik) 2 23,1974 ft = 1,5216 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,0874 ft

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 8 ft

Universitas Sumatera Utara

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆   2 gcα 

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Kerja pompa; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

32,174 ft / det ik 2 = 8 ft x + 1,5216 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 9,5216 ft lbf/lbm Daya pompa; P

= Q x ρ x Wf = 0,0107 ft3/detik x 61,8143 lb/ft3 x 9,5216 ft lbf/lbm = 6,3359 lb ft/detik/550 = 0,0115 hp

Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =

30.

0,0115 hp 0,8

= 0,0144 hp =1/10 hp

Menara Air Pendingin (MP) Fungsi

: Untuk menurunkan temperatur air pendingin dari 400 C menjadi 30 0C

Jenis

: Mechanical Draft Cooling Tower

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 18293,1185 kg/jam

Densitas; ρ

= 992,215 kg/m3

Faktor keamanan

= 20%

Universitas Sumatera Utara

Laju volumetrik air

=

1,2 x18293,1185 992,215

= 22,1240 m3/jam x 264,17 gal/m3 = 5844,4911 gal/jam = 97,4082 gal/menit T air pendingin bekas masuk = 400C = 1040C = 300C = 860C

T air pendingin keluar

Dari gambar 12-14 Perry, 1992 diperoleh : Suhu bola basah

= 600F

Konsentrasi air

= 1,25 gal/ft2 menit

Luas menara; A

=

97,4082 gal / menit 1,25 gal / ft 2 menit

= 77,9266 ft2 Diambil performance 90% dari Gambar 12-15 Perry dkk, 2004 diperoleh: Tenaga kipas;

= 0,03 hp/ft2

Daya; P

= 0,03 x 77,9266

= 2,338 hp = 2 ½ hp

31.

Chiller (CH) Fungsi

: Untuk menurunkan temperatur amoniak menjadi -150C

Data – data: Cp amoniak

= 41,42 kal/kmol 0 K = 1,2089 kmol / jam

BM amoniak = 18 kg/kmol F amoniak

= 20,55143 kg/jam

Temperatur amoniak masuk = 300C

= 860F

Temperatur amoniak keluar = -150C

= 50F

Refigrant yang digunakan

: HFC-1340 = 86 – 5 = 810F

Perbedaan temperatur minimum 293

Panas Chiler; Q

= N ∫ CpdT 283

86

= (1,2089) ∫ 164,365 (86 − 5) 5

Universitas Sumatera Utara

= 16094,7687 Btu/jam

Kondensor 4

3

1

2 Evaporator

Gambar LD-1 Diagram P-H

a.

Pada titik 2; T = 5 –5 = 0oF Dari tabel 9.1 Smith diperoleh S2

b.

P2

= 21,162 Psi

H2

= 103,015 Btu/lbm

Pada titik 4, T = 86 + 81 = 167oF Dari tabel 9.1 Smith diperoleh P4

c.

= 0,22525 Btu/lbm0 R

= 355,51 Psi

H4

= 120,753 Btu/lbm

S4

= 0,2133 Btu/lbm0 R

Kondisi Isentropik S’3 = S2 = 0,22525 Btu/lbm0R Dari gambar 6.2 Smith; S = 0,22525 Btu/lbm0R P = 101,37 Psi H’3

= 117 Btu/lbm

∆H s

= H’3 – H2 = 117 –103,015 = 13,98 Btu/jam

Universitas Sumatera Utara

d.

Efesiensi Chiller 80% H3 – H2

=

∆H s 13,98 = = 17,48 Btu/lbm 0,8 n

Maka koefisien Performance 1-4 adalah proses Iso entalphy H1 = H4 W e.

=

H 2 − H 4 103,015 − 120,753 = = -1,0148 17,48 H3 − H2

Jumlah refigrant yang digunakan m=

16094,7687 Btu/jam Q = H3 − H2 17,48 Btu / lbm = 920,7534 lbm/jam = 418,5243 kg/jam

32.

33.

Pompa Chiller (PU-15) Fungsi

: Untuk mengalirkan amoniak

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Tangki Penampungan Air Domestik (TPU-08)

Fungsi

:

Menampung air domestik sementara

Jumlah

:

1 buah

Tipe

:

Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup fdatar

Bahan

:

Kondisi operasi

Carbon steel (Brownell & Young,1959) : 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir air masuk

= 210 kg/jam

Densitas; ρ

= 998,23 kg/m3

Kebutuhan

= 7 hari

Faktor keamanan

= 20%

= 62,189 lb/ft3

Universitas Sumatera Utara

Volume tangki; Vt

1,2 x 210 kg / jam x 24 jam / harix7 hari 998,23 kg / m 3

=

= 42,4111 m3 Diambil tinggi silinder; Hs

4 Dt 3

Volume tangki; Vt

1 = πDt 2 Hs 4

42,4111 m3

=

42,4111 m3

= 1,0467 Dt3

Diameter tangki; Dt

= 3,4347 m

Jari – jari tangki, R

=

3,4347 m 2

= 1,7173 m

= 6,61177 in

Tinggi tangki; Hs

=

4 x 3,4347 m 3

= 4,5796 m

= 15,0248 ft

4 1 (3,14) Dt 2 Dt 3 4

Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph

Po +

ρ (Hs − 1) 144

= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =

14,7 Psi +

62,189 lb / ft 3 (15,0248 ft − 1) = 20,7568 Psi 144

Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd

= 1,2 x 20,7568 Psi = 24,9082 Psi

Tebal silinder, ts

=

PxR + nc SE − 0,6 P

Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =

24,9082 Psi x 67,6117 in + 10 tahun x 0,01 in / tahun 18.750 psi x 0,8 − 0,6 x 24,9082 Psi = 0,2123 in = ¼ in

Universitas Sumatera Utara

Spesifikasi Tangki •

Diameter tangki; Dt

= 3,4347 m



Tinggi Tangki; HT

= 4,5796 m



Tebal silinder; ts

= ¼ in

Bahan konstruksi

= Carbon steel

Faktor korosi

= 0,01 in/tahun



34. Pompa Tangki Penampungan air domestik (PU-16) Fungsi

: Mengalirkan air pendingin bekas ke menara pendingin

Tipe

: Pompa sentrifugal

Jumlah

: 1 buah

Bahan konnstruksi

: Carbon steel

Kondisi operasi

: 30oC.1atm

Perhitungan: Laju alir bahan masuk

= 210 kg/jam

Densitas ; ρ

= 998,23 kg/m3 = 62,189 lb/ft3

Viskositas, µ

= 1,005 cp = 6,756 x 10-4 lbm/ft detik

Laju alir volumetrik;

Q

=

F

ρ

=

0,6624 lb/detik = 0,0107 ft3/detik 3 62,189 lb/ft

= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13 (Peters&Timmerhaus,2004)

Diameter optimum,IDop IDop

= 3,9 (0,0107)0,45 (62,189)0,13 =0,8641 in

Dipilih pipa 12 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD

= 1,32 in

Diameter dalam; ID

= 1,049 in = 0,0874 ft

Luas penampang; A

= 0,08641 in2 = 0,006 ft2

Kecepatan laju alir;

v

=

Q 0,0107 ft 3 /detik = = 1,7833 ft/detik A 0,006 ft 2

Bilangan Reynold,

NRe

=

ρ x ID x v µ

=

61,8143 lb/ft 3 x0,0874 ftx1,7833 ft / det ik 6,756 x 10- 4 lbm/ft.detik

Universitas Sumatera Utara

= 14347,2245 > 2100 aliran turbulen f = 0,029

(Hammer,1987)

Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus

L1 = 10 ft

1 buah gate valve fully open L/D = 13 L2 = 1 x 13 x 0,0874 ft = 1,1362 ft 2 buah elbow standar 90o L/D = 30 L3 = 2 x 30 x 0,0874 ft = 5,244 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 27 L4 = 1 x 27 x 0,0874 = 2,3598 ft Pembesaran mendadak,K = 1,0; L/D = 51 L5 = 1 x 51 x 0,0874 ft = 4,4574 ft +

∑ L = 23,1974 ft Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F

∑F

=

4 fv 2 ∑ L 2 gcD

=

4 x 0,029(1,7833 ft/detik) 2 23,1974 ft = 1,5216 ft lbf/lbm 2 x32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 x0,0874 ft

Tinggi pemompaan ∆ Z

= 8 ft

Dari persamaan Bernauli; P2  v2  g  + ∆Z ∆  + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1  2 gcα 

(Sandler,1987)

Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:  v2   = 0 ∆  2 gc α  

Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2

∫ V dP = 0

P1

Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

Universitas Sumatera Utara

Kerja pompa; Wf = ∆Z

g + ∑F gc

= 8 ft x

32,174 ft / det ik 2 + 1,5216 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2

= 9,5216 ft lbf/lbm Daya pompa; P

= Q x ρ x Wf = 0,0107 ft3/detik x 62,189 lb/ft3 x 9,5216 ft lbf/lbm = 6,3359 lb ft/detik/550 = 0,0115 hp

Efesiensi pompa = 80%

0,0115 hp

Daya pompa; P =

0,8

= 0,0144 hp =1/10 hp

.35. Tangki Bahan Bakar (TB-01) Fungsi

: Menyimpan bahan bakar Solar

Bentuk

: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285, Grade C Jumlah

:1

Kondisi operasi

: Temperatur 30°C dan tekanan 1 atm

Laju volume solar

= 1.377,14 L/jam = 0,0,8433 lbm/s

(Bab VII-12)

Densitas solar

= 0,89 kg/l = 55,56 lbm/ft

(Perry, 1997)

Kebutuhan perancangan = 3 hari Perhitungan Ukuran Tangki : Volume solar (Va) = 1.377,14 L/jam x 3 hari x 24 jam/hari = 99.154,3093 L = 99,1543 m3 Faktor keamanan = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 99,1543 m3= 118,9852 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 1:1 1 V = πD 2 H 4

118,9852 m3=

1 1  πD 2  D  4 1 

118,9852 m3=

1 πD 3 4

Universitas Sumatera Utara

Maka:

D = 4,2311 m ; H = 4,2311 m

Tinggi cairan dalam tangki

=

volume cairan x tinggi silinder volume silinder

=

99,1543 m3 x 4,2311 m 118, 9852m3

= 3,5259 m = 11,5679 ft Tebal Dinding Tangki Tekanan hidrostatik Phid = ρ x g x l = 890 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 3,5259 m = 30.755,7905 Pa = 30,7557 kPa Tekanan udara luar, Po = 1 atm = 101,325 kPa, Poperasi = 30,7557 kPa + 101,325 kPa = 132,0808 kPa Faktor kelonggaran = 5 % Maka, Pdesign = (1,05) (132,0808 kPa) = 138,6848 kPa Joint efficiency (E) = 0,85

(Brownell,1959)

Allowable stress(S)= 94458,1704 kPa

(Brownell,1959)

Faktor korosi

= 0,02 in = 0,000508 m/tahun = 10 tahun

Tebal shell tangki: ts = =

P.D + n.C 2 SE − 1,2 P 138, 6848 kPa x 4,2311 m + (10)(0, 000508) 2 (94458,1709 kPa)(0,85) − 1, 2 (138, 6848 kPa)

= 0,0087 m = 0,0083 m x 0,0254 = 0,3440 in Maka tebal shell yang standar yang digunakan = 1/4 in

Universitas Sumatera Utara

LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI

Dalam rencana pra rancangan pabrik asam akrilat digunakan asumsi sebagai berikut: Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Kapasitas maksimum adalah 13.000 ton/tahun. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchasedequipment delivered (Peters et.al., 2004). Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dolar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 11.825,- (Analisa, 13 April 2014).

1.

Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)

1.1

Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)

1.1.1 Biaya Tanah Lokasi Pabrik Menurut keterangan masyarakat setempat, biaya tanah pada lokasi pabrik berkisar Rp 300.000/m2. Luas tanah seluruhnya

= 9.170 m2

Harga tanah seluruhnya

= 9.170 m2 × Rp 300.000/m2 = Rp 2.751.000.000,-

Biaya perataan tanah diperkirakan 5% dari harga tanah seluruhnya dan biaya administrasi pembelian tanah diperkirakan 1% dari harga tanah seluruhnya (Timmerhaus, 2004). Biaya perataan tanah = 0,05 x Rp 2.751.000.000,-

= Rp 137.550.000,-

Biaya administrasi

= Rp 27.510.000,-

= 0,01 x Rp 2.751.000.000,-

Total biaya tanah (A) = Rp 2.916.060.000,-

,-

Universitas Sumatera Utara

1.1.2 Harga Bangunan Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No

Bangunan

1

Pos keamanan

2

Luas

Harga/m

Total

30

500.000

15.000.000

Areal bahan baku

300

1.000.000

300.000.000

3

Parkir

200

400.000

80.000.000

4

Taman

100

350.000

35.000.000

5

Perumahan karyawan

1800

2.000.000

3.600.000.000

6

Ruang kontrol

100

2.500.000

250.000.000

7

Areal proses

2400

3.500.000

8.400.000.000

8

Areal produk

300

2.500.000

750.000.000

9

Perkantoran

200

1.500.000

300.000.000

10

Laboratorium

100

1.500.000

150.000.000

11

Poliklinik

50

1.000.000

50.000.000

12

Kantin

50

1.000.000

50.000.000

13

Tempat ibadah

50

1.000.000

50.000.000

14

Gudang peralatan

100

1.500.000

150.000.000

15

Bengkel

100

1.500.000

150.000.000

16

Unit pemadam kebakaran

50

1.500.000

75.000.000

17

Unit pengolahan air

240

3.500.000

840.000.000

18

Ruang boiler

150

3.500.000

525.000.000

19

Unit pembangkit listrik

100

3.500.000

350.000.000

20

Unit pengolahan limbah

150

3.500.000

525.000.000

21

Areal perluasan

900

300.000

270.000.000

22

Jalan

1000

350.000

350.000.000

23

Areal antar bangunan

700

350.000

245.000.000

9170

38250000

17.510.000.000

Total

Universitas Sumatera Utara

Sarana transportasi Tabel LE.2 Sarana transportasi No

Jenis Kenderaan

Unit

Tipe

Harga/unit

Total

1

Dewan Komisaris

3

New Innova

315.000.000

945.000.000

2

Direktur

1

New Innova

315.000.000

315.000.000

3

Manajer

4

New Innova

315.000.000

1.260.000.000

4

Bus Karyawan

3

Bus

410.000.000

1.230.000.000

5

Truk

1

Box cargo

800.000.000

800.000.000

6

Tangki

3

Hino Dutro

788.000.000

2.364.000.000

7

Mobil Pemasaran

3

Avanza

170.000.000

510.000.000

1

Fire Truck

849.000.000

Mobil 8

Pemadam

Kebakaran

Total

849.000.000 8.273.000.000

Harga bangunan saja

= Rp 16.530.000.000,00,-

Total biaya bangunan dan sarana (B)

= Rp 17.510.000.000,00,-

1.1.3 Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: X  Cx = Cy  2   X1 

dimana: Cx

m

Ix     I y 

(Timmerhaus, 2004)

= harga alat pada tahun 2013

Cy

= harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia

X1

= kapasitas alat yang tersedia

X2

= kapasitas alat yang diinginkan

Ix

= indeks harga pada tahun 2013

Iy

= indeks harga pada tahun yang tersedia

m

= faktor eksponensial untuk kapasitas (tergantung jenis alat)

Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2013 digunakan metode regresi koefisien korelasi:

r=

[n ⋅ ΣX i ⋅ Yi − ΣX i ⋅ ΣYi ] (n ⋅ ΣX i 2 − (ΣX i )2 )× (n ⋅ ΣYi 2 − (ΣYi )2 )

(Montgomery, 1992)

Universitas Sumatera Utara

Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift No

Tahun (Xi)

Indeks (Yi)

Xi.Yi

Xi2

Yi2

1

1989

895

1780155

3956121

801025

2

1990

915

1820850

3960100

837225

3

1991

931

1853621

3964081

866761

4

1992

943

1878456

3968064

889249

5

1993

967

1927231

3972049

935089

6

1994

993

1980042

3976036

986049

7

1995

1028

2050860

3980025

1056784

8

1996

1039

2073844

3984016

1079521

9

1997

1057

2110829

3988009

1117249

10

1998

1062

2121876

3992004

1127844

11

1999

1068

2134932

3996001

1140624

12

2000

1089

2178000

4000000

1185921

13

2001

1094

2189094

4004001

1196836

14 Total

2002 27937

1103 14184

2208206 28307996

4008004 55748511

1216609 14436786

(Sumber: Tabel 6-2, Peters et.al., 2004) Data:

n = 14

∑Xi = 27937

∑Yi = 14184

∑XiYi = 28307996

∑Xi² = 55748511

∑Yi² = 14436786

Dengan memasukkan harga – harga pada Tabel LE-2, maka diperoleh harga koefisien korelasi : r =

(14) . (28307996) – (27937)(14184) [(14). (55748511) – (27937)²] × [(14)(14436786) – (14184)² ]½

= 0,984 ≈ 1 Harga koefisien yang mendekati +1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linier antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan umum regresi linier, Y = a + b ⋅ X dengan :

Y

= indeks harga pada tahun yang dicari (2012)

X

= variabel tahun ke n

a, b = tetapan persamaan regresi

Universitas Sumatera Utara

Tetapan regresi ditentukan oleh: b=

(n ⋅ ΣX i Yi ) − (ΣX i ⋅ ΣYi ) (n ⋅ ΣX i 2 ) − (ΣX i )2

a=

ΣYi. ΣXi 2 − ΣXi. ΣXi.Yi n.ΣXi 2 − (ΣXi) 2

(Montgomery, 1992)

Maka: b =

a=

(14)(28307996) − (27937)(14184) 53536 = = 16,80879 3185 (14)(55748511) − (27937) 2 (14184)(55748511) − (27937)(28307996) − 103604228 = = −32528,8 3185 (14)(55748511) − (27937) 2

Sehingga persamaan regresi liniernya adalah: Y=a+b⋅X Y = 16,80879X – 32528,8 Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2012 adalah: Y = 16,80879(2012) – 32528,8 Y = 1.307,297 Perhitungan harga peralatan yang digunakan adalah harga faktor eksponsial (m) Marshall & Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4, Peters et.al., 2004. Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya dianggap 0,6 (Peters et.al., 2004).

Contoh perhitungan harga peralatan a. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (TP-01) Kapasitas tangki, X2 = 9,836 m3. Dari Gambar LE.1, diperoleh untuk harga kapasitas tangki (X1) 1 m³ pada tahun 2002 adalah (Cy) US$ 6.700. Dari tabel 6-4, Peters et.al., 2004, faktor eksponen untuk tangki adalah (m) 0,49. Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103.

Universitas Sumatera Utara

Purchased cost, dollar

10

6

102

103

Capacity, gal 104

105

105

Mixing tank with agitator 304 Stainless stell

104

Carbon steel 310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)

103 10-1

P-82 Jan,2002

10

1

Capacity, m

10

2

103

3

Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan (Storage) dan Tangki Pelarutan.(Peters et.al., 2004)

Indeks harga tahun 2012 (Ix) adalah 1.307,29. Maka estimasi harga tangki untuk (X2) 1,1606 m3 adalah :

1,1606 Cx = US$ 6.700 × 1

0 , 49

×

1.307,297 1.103

Cx = US$ 47.604,70 × (Rp 9.550,-)/(US$ 1) Cx = Rp 454.624.912,-/unit Dengan cara yang sama diperoleh perkiraan harga alat lainnya yang dapat dilihat pada Tabel LE.3 untuk perkiraan peralatan proses dan Tabel LE.4 untuk perkiraan peralatan utilitas. Keterangan*) : I untuk peralatan impor, sedangkan NI untuk peralatan non impor. Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut Biaya transportasi

= 5%

-

Biaya asuransi

= 1%

-

Bea masuk

= 15 %

-

PPn

= 10 %

-

PPh

= 10 %

-

Biaya gudang di pelabuhan

= 0,5 %

Universitas Sumatera Utara

-

Biaya administrasi pelabuhan

= 0,5 %

-

Transportasi lokal

= 0,5 %

-

Biaya tak terduga

= 0,5 %

Total

= 43 %

(Timmerhaus,2004)

Untuk harga alat non impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut : -

PPn

= 10 %

-

PPh

= 10 %

-

Transportasi lokal

= 0,5 %

-

Biaya tak terduga

= 0,5 %

-

Total

= 21 %

(Timmerhaus,2004)

Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses No.

Kode

Unit

Ket*)

Harga / Unit

Harga Total

1

T-01

1

I

1.146.601.074

1.146.601.074

2

T-02

1

I

245.158.748

245.158.748

3

T-03

1

I

267.499.040

267.499.040

4

T-04

1

I

123.477.443

123.477.443

5

T-05

1

I

312.326.959

312.326.959

6

R-01

1

I

460.777.837

460.777.837

7

R-02

1

I

211.942.544

211.942.544

8

AB-01

1

I

32.092.648

32.092.648

9

C-01

1

I

36.987.408

36.987.408

10

C-02

1

I

66.948.304

66.948.304

11

C-03

1

I

47.509.574

47.509.574

12

C-04

1

I

1.699.392

1.699.392

13

C-05

1

I

44.574.208

44.574.208

14

C-06

1

I

11.454.591

11.454.591

15

KD-01

1

I

267.908.395

267.908.395

16

KD-02

1

I

328.167.005

328.167.005

Universitas Sumatera Utara

17

ACC-01

1

I

66.751.979

66.751.979

18

ACC-02

1

I

20.758.865

20.758.865

19

CD-01

1

I

289.582.893

289.582.893

20

CD-02

1

I

160.776.586

160.776.586

21

EV-01

1

I

751.097.072

751.097.072

22

RB-01

1

I

631.497.196

631.497.196

23

RB-02

1

I

190.287.367

190.287.367

24

BL-01

1

I

99.123.749

99.123.749

25

BL-02

1

I

10.175.839

10.175.839

26

cc-01

1

I

28.844.122

28.844.122

27

K-01

1

I

4.393.161.785

4.393.161.785

28

K-02

1

I

980.008.052

980.008.052

29

P-01

2

NI

18.869.195

37.738.390

30

P-02

2

NI

18.869.195

37.738.390

31

P-03

2

NI

29.814.888

59.629.775

32

P-04

2

NI

18.869.195

37.738.390

33

P-05

2

NI

18.869.195

37.738.390

34

P-06

2

NI

18.869.195

37.738.390

35

H-01

1

I

245.158.748

245158747,8

36

H-02

1

I

267.499.040

267.499.040

37

F-01

1

I

220.371.422

220.371.422

38

F-02

1

I

219.200.893

219.200.893

Total

12.427.742.501

Harga total peralatan proses Impor (I)

= Rp 12.427.742.501,-

Harga peralatan Non import (NI)

= Rp 248.321.728 ,-

Universitas Sumatera Utara

Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Pengolahan Air - non-Impor *) No.

Kode

Unit

Ket*)

Harga / Unit

Harga Total

1

SC

1

I

1.519.268

1.519.268

2

BS

1

NI

10.000.000

10.000.000

3

CL

1

I

180.058.864

180.058.864

4

SF

1

I

252.653.674

252.653.674

5

CE

1

I

133.881.833

133.881.833

6

AE

1

I

133.881.833

133.881.833

7

CT

1

I

2.796.062.880

2.796.062.880

8

DE

1

I

1.406.719.144

1.406.719.144

9

TU-01

1

I

682.344.379

682.344.379

10

TU-02

1

I

431.019.976

431.019.976

11

TP-01

1

I

120.865.248

120.865.248

12

TP-02

1

I

90.544.466

90.544.466

13

TP-03

1

I

96.217.903

96.217.903

14

TP-04

1

I

31.204.514

31.204.514

15

TP-05

1

I

7.955.750

7.955.750

16

TA

1

I

23.210.129.902

23.210.129.902

17

KU-01

1

I

294.898.667

294.898.667

18

PU-01

1

NI

29.814.888

29.814.888

19

PU-02

1

NI

18.869.195

18.869.195

20

PU-03

1

NI

11.094.131

11.094.131

21

PU-04

1

NI

11.094.131

11.094.131

22

PU-05

1

NI

23.718.831

23.718.831

23

PU-06

1

NI

23.718.831

23.718.831

24

PU-07

1

NI

27.114.612

27.114.612

25

PU-08

1

NI

11.094.131

11.094.131

26

PU-09

1

NI

13.945.471

13.945.471

27

PU-10

1

NI

11.094.131

11.094.131

28

PU-11

1

NI

11.094.131

11.094.131

29

PU-12

1

NI

18.869.195

18.869.195

Universitas Sumatera Utara

30

PU-13

1

NI

18.869.195

18.869.195

31

PU-14

1

NI

23.718.831

23.718.831

32

PU-15

1

NI

11.094.131

11.094.131

33

PU-16

1

NI

11.094.131

11.094.131

34

PU-17

1

NI

11.094.131

11.094.131

35

PU-18

1

NI

11.094.131

11.094.131

36

PU-19

1

NI

11.094.131

11.094.131

37

PU-20

1

NI

38

PU-21

1

NI

39

PU-22

1

NI

11.094.131

11.094.131

40

PU-23

1

NI

11.094.131

11094130,67

41

PU-24

1

NI

11.094.131

11.094.131

42

BPA

1

NI

15.000.000

15.000.000

43

TB-01

1

I

460.462.421

460.462.421

44

BAS

1

I

51.515.092

51.515.092

45

RU-01

1

I

114.097.903

114.097.903

47

TS

1

I

120.577.207

120.577.207

46

BP

2

NI

25.000.000

50.000.000

48

BN

1

NI

25.000.000

25.000.000

49

Generator

2

NI

11.094.131 40.000.000

90.000.000

Total

11094130,67 40.000.000

180.000.000 31.290.567.802

Harga barang Import (I)

= Rp 30.615.091.656,-

Harga peralatan Non-Import (NI) = Rp

673.956.878,-

Total harga peralatan tiba di lokasi pabrik (purchased – equipment delivered) adalah (A): = 1,43 × (Rp 12.179.420.773,- + Rp 30.615.091.656,-) + 1,21 × (Rp 248.321.727,53,- + Rp 673.956.877,-) =

Rp 62.196.152.773,-

Biaya pemasangan diperkirakan 10% dari total harga peralatan (Timmerhaus,2004). Biaya pemasangan (B)

= 0,1 × Rp 62.196.152.773,= Rp 6.231.210.988,-

Universitas Sumatera Utara

Total harga peralatan (HPT)

= Harga peralatan + biaya pemasangan (C) = Rp 62.196.152.773,- + Rp 6.231.210.988,= Rp 68.543.320.874,-

1.1.4 Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol 13%

dari

total

harga

peralatan Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D)

= 0,13 × Rp 62.196.152.773,= Rp 8.100.574.285,,-

1.1.5 Biaya Perpipaan Diperkirakan

biaya

perpipaan

50%

dari

total

harga

peralatan

(Timmerhaus,2004) = 0,5 × Rp 62.196.152.773,-

Biaya perpipaan (E)

= Rp 31.156.054.943,-

1.1.6 Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 10% dari HPT Biaya instalasi listrik (F)

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × Rp 62.196.152.773,= 6.119.615.277,-

1.1.7 Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 8 % dari HPT

(Timmerhaus, 2004)

Biaya insulasi (G) = 0,08 × Rp 62.196.152.773,= Rp 4.895.692.221,-

1.1.8 Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor 1% dari HPT Biaya inventaris kantor (H)

(Timmerhaus, 2004)

= 0,01 × Rp 68.543.320.874,= Rp 685.433.208,-

Universitas Sumatera Utara

1.1.9 Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan 1% dari total harga peralatan (HPT)

(Timmerhaus, 2004)

Biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan (I) = 0,01 × Rp 68.543.320.874,= Rp 685.433.208,-

1.1.10 Sarana Transportasi Tabel LE.5 Biaya Sarana Transportasi No

Jenis Kendaraan

Un

Harga/ Unit

Tipe

It

(Rp)

Harga Total (Rp)

1 Dewan Komisaris

3

New Innova

Rp 315.100.000

Rp

945.000.000

2 Direktur Utama

1

New Innova

Rp 315.100.000

Rp

315.100.000

3 Manajer

4

New Innova

Rp 315.100.000

Rp 1.260.000.000

4 Bus Karyawan

3

Hino Mini Bus

Rp 410.000.000

Rp 1.230.000.000

5 Mobil Box

1

Box Kargo

Rp 800.000.000

Rp

6 Tangki

4

Hino Dutro

Rp 788.000.000

Rp 2.364.000.000

7 Mobil Pemasaran

3

Avanza

Rp 170.000.000

Rp

510.000.000

1

Fire Truk 4x4

Rp 849.000.000

Rp

849.000.000

8 Mobil Pemadam Kebakaran

Harga Total Sarana Transportasi (J)

Total MITL

800.000.000

Rp 8.273.400.000

= A+B+C+D+E+F+G+H+I = Rp 145.969.124.019,-

1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) 1.2.1 Pra Investasi Diperkirakan 7% dari total MITL

(Timmerhaus, 2004).

Pra Investasi (A)

= 0,07 × Rp 145.969.124.019,-

Pra Investasi (A)

= Rp 10.217838.681,-

Universitas Sumatera Utara

1.2.2 Biaya Engineering dan Supervisi Diperkirakan 8% dari total MITL

(Timmerhaus, 2004).

Biaya Engineering dan Supervisi (B) = 0,08 × Rp 145.969.124.019,= Rp 11.677.529.921,-

1.2.3 Biaya Kontraktor Diperkirakan 2% dari total MITL

(Timmerhaus, 2004).

Biaya Kontraktor (C)

= 0,02 × Rp 145.969.124.019,-

Biaya Kontraktor (D)

= Rp 2.919.382.480,-

1.2.4 Biaya Tak Terduga Diperkirakan 10% dari total MITL

(Timmerhaus, 2004).

Biaya Tak Terduga (D)

= 0,1 × Rp 145.969.124.019,-

Biaya Tak Terduga (E)

= Rp 14.596.312.401,-

Total MITL

= 145.969.124.019,-

Total MITTL = A + B + C + D = Rp 39.411.663.485,Total MIT

= MITL + MITTL = Rp 145.969.124.019,-+ Rp 39.411.663.485,= Rp 185.380.787.505,-

2

Modal Kerja Modal kerja didasarkan pada perhitungan pengoperasian pabrik selama 3

bulan (90 hari).

2.1

Persediaan Bahan Baku

2.1.1 Bahan Baku Proses 1. Propilen Kebutuhan

= 984,64 kg/jam

Harga

= Rp 16.000,-/kg

Harga total

= 90 harix24 jam/hari x 984,64 kg/jam x Rp 16.000,-/kg = Rp 34.029.324.933,-

Universitas Sumatera Utara

2. Metal oksida (Mo12, Bi1.2, Fe1.1, CO3, K 0.05, W2) Kebutuhan

= 864,36kg/jam

Harga

= Rp 2.550.532,-/kg

Harga total

= 864,36kg/jam x 2.550.532,-/kg = Rp 2.204.577.839,- / tahun

3. Metal oksida (Mo12,V5,W 1.2,Cu2) Kebutuhan

= 642,92 kg/jam

Harga

= Rp 2.500.000,-/kg

Harga total

= 642,92 kg/jam x Rp 2.500.000,-/kg = Rp 1.607.300.000,-/ tahun

2.1.2 Bahan Baku Utilitas 1. Alum, Al2(SO4)3 Kebutuhan

= 1,1502 kg/jam

Harga

= Rp 6.500 ,-/kg

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 1,1502 kg/jam × Rp 6.500,- /kg = Rp 16.149.326,-

2. Soda abu, Na2CO3 Kebutuhan

= 0,6211 kg/jam

Harga

= Rp 6.000,-/kg

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 0,6211 kg/jam × Rp 6.000,-/kg = Rp 8.049.818,-

3. Kaporit Kebutuhan

= 0,0083 kg/jam

Harga

= Rp 22.000,-/kg

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 0,0083 kg/jam × Rp 22.000,-/kg = Rp 393.737,-

4. H2SO4 Kebutuhan

= 2,2746 kg/jam

Harga

= Rp 5.000,-/kg

Universitas Sumatera Utara

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari x 2,2746 kg/jam × Rp 5.000,-/kg = Rp 24.565.680,-

5. NaOH Kebutuhan

= 0,2581 kg/jam

Harga

= Rp 10.000,-/kg

Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari x 0,2581 kg/jam × Rp 10.000,-/kg = Rp 5.574.181,-

6. Solar Kebutuhan

= 529,3902 liter/jam

Harga solar untuk industri = Rp. 8.000,-/liter Harga total

= 90 hari × 24 jam/hari × 529,3902 liter/jam × Rp 8.000,-/liter = Rp 14.865.275.832,-

7. NH3 Kebutuhan

= 53.043,70 liter/jam

Harga untuk industri = Rp. 7.110,-/liter Harga total

= 53.043,70 liter/jam x Rp. 7.110,-/liter = Rp 9.051.377.531,-

Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 3 bulan (90 hari) adalah Rp 58.000.711.040,-

2.2

Kas 2.2.2 Gaji Pegawai Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai

No

Jabatan

Jumlah

Gaji/bulan

Total 55.000.000

1

Direktur

1

55.000.000

2

Dewan Komisaris

3

35.000.000 105.000.000

3

Sekretaris

1

4.000.000

4.000.000

4

Manajer Teknik dan Produksi

1

30.000.000

30.000.000

5

Manajer R&D

1

30.000.000

30.000.000

6

Manajer Umum dan Keuangan

1

31.000.000

31.000.000

7

Kepala Bagian Keuangan

1

17.000.000

17.000.000

8

Kepala Bagian Umum dan Personalia

1

15.000.000

15.000.000

Universitas Sumatera Utara

9

Kepala Bagian Teknik

1

15.000.000

15.000.000

10

Kepala Bagian Produksi

1

15.000.000

15.000.000

11

Kepala Bagian R&D

1

15.000.000

15.000.000

12

Kepala Bagian QC/QA

1

15.000.000

15.000.000

13

Kepala Seksi Proses

1

10.000.000

10.000.000

14

Kepala Seksi Utilitas

1

10.000.000

10.000.000

15

Kepala Seksi Listrik dan Instrumentasi

1

10.000.000

10.000.000

16

Kepala Seksi Pemeliharaan Pabrik

1

10.000.000

10.000.000

17

Kepala Seksi Keuangan

1

10.000.000

10.000.000

18

Kepala Seksi Pemasaran

1

10.000.000

10.000.000

19

Kepala Seksi Administrasi dan Personalia

1

10.000.000

10.000.000

20

Kepala Seksi Humas

1

10.000.000

10.000.000

21

Kepala Seksi Keamanan

1

10.000.000

10.000.000

22

Karyawan Proses

24

3.500.000

84.000.000

23

Karyawan Laboratorium QC/QA dan R&D

12

3.500.000

42.000.000

24

Karyawan Utilitas

12

3.500.000

42.000.000

Karyawan Unit Pembangkit Listrik dan 25

Instrumentasi

10

3.500.000

35.000.000

26

Karyawan Pemeliharaan Pabrik

10

3.500.000

35.000.000

27

Karyawan Bag Keuangan

3

3.500.000

10.500.000

Karyawan Bag Administrasi 28

dan Personalia

6

3.500.000

21.000.000

29

Karyawan Bag Humas

4

3.500.000

14.000.000

30

Karyawan Penjualan/ Pemasaran

5

3.500.000

17.500.000

31

Karyawan Gudang / Logistik

10

3.500.000

35.000.000

32

Petugas Keamanan

20

3.000.000

60.000.000

33

Dokter

1

10.000.000

10.000.000

34

Perawat

2

2.500.000

5.000.000

35

Petugas Kebersihan

10

1.600.000

16.000.000

36

Supir

10

1.800.000

18.000.000

Total

162

882.000.000

Universitas Sumatera Utara

Total gaji pegawai selama 1 bulan = Rp 882.000.000,Total gaji pegawai selama 3 bulan = Rp 2.646.000.000,-

2.2.3 Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 10% dari total gaji pegawai. Biaya Administrasi Umum

= 0,10 × Rp 2.646.000.000,= Rp 264.600.000,-

2.2.4 Biaya Pemasaran Diperkirakan 10% dari total gaji pegawai. Biaya Pemasaran

= 0,10 × Rp 2.646.000.000,= Rp 264.600.000,-

2.2.5 Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang-Undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut (Rusjdi, 2004): 

Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No.20/00).



Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20/00).



Tarif pajak ditetapkan sebesar 0,5% (Pasal 5 UU No.21/97).



Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp. 10.000.000,- (Pasal 7 ayat 1 UU No.21/97).



Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21/97).

Maka berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut: Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Isopropil Asetat Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah

Rp

2.751.000.000,-

Bangunan

Rp

17.510.000.000,-

Total NJOP

Rp

20.261.000.000,-

Universitas Sumatera Utara

Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak

(Rp.

40.000.000,- )

(Perda Jawa barat) Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak

Rp

20.221.000.000,-

Pajak yang Terutang (0,5% × NPOPKP)

Rp

1.011.050.000,-

Pajak Bumi dan Bangunan per 3 bulan

Rp

4.186.250.000,-

Tabel LE.7 Perincian Biaya Kas Selama 3 Bulan No 1 2 3 4

Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total

Rp Rp Rp Rp Rp

Jumlah (Rp) 2.646.000.000 264.200.000 264.200.000 1.019.303.000 4.194.577.812

2.3 Biaya Start – Up Diperkirakan 8% dari modal investasi tetap Biaya Administrasi Umum

(Timmerhaus, 2004).

= 0,08 × Rp 185.380.787.505,= Rp 14.830.463.000,-

2.4 Piutang Dagang

PD =

IP × HPT 12

dimana :

PD

= piutang dagang

dimana :

IP

= jangka waktu kredit yang diberikan (3 bulan)

dimana :

HPT = hasil penjualan tahunan

Penjualan : 1. Harga jual asam akrilat Produksi asam akrilat

= Rp 29.625,-/kg = 1.638,98 kg/jam

Hasil penjualan asam akrilattahunan yaitu : = 1.638,98 kg/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun × Rp 29.625,-/kg = Rp 384.553.564.480,-

Universitas Sumatera Utara

2. Harga jual asam asetat = Rp14.220,-/kg Produksi ammonium asetat

= 26.46 kg/jam

Hasil penjualan ammonium asetat tahunan yaitu : = 26.46 kg/jam×24 jam/hari×330 hari/tahun× Rp 14.220,-/kg = Rp 6.626.237.736,Hasil penjualan total tahunan = Rp 391.179.802.216,Piutang Dagang =

3 × Rp 391.179.802.216,12

Piutang Dagang = Rp 97.794.950.554,-

Tabel LE.8 Perincian Modal Kerja No Jenis Biaya 1 Bahan Baku Proses dan Utilitas 2 Biaya Kas 3 Biaya Start – Up 4 Piutang Dagang Total Modal Kerja

Jumlah (Rp) 58.000.711.040,36 4.194.503.000,00 14.830.463.000,41 97.794.950.554,22 168.718.985.102,56

Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 185.380.787.505,- + Rp 174.820.627.594,= Rp 360.201.415.100,Modal ini berasal dari : - Modal sendiri

= 60% dari total modal investasi = 0,6 × Rp 360.201.415.100,= Rp 216.120.849.060,-

- Pinjaman dari Bank

= 40% dari total modal investasi = 0,4 × Rp 360.201.415.100,= Rp 144.080.566.040,-

Universitas Sumatera Utara

3.

Biaya Produksi Total

3.1

Biaya Tetap (Fixed Cost = FC)

3.1.1 Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tetap tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga Gaji total = (12 + 2) × Rp 882.000.000 = Rp 12.348.000.000,-

3.1.2 Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 12% dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012). = 0,12 × Rp 144.080.566.040,= Rp 17.289.667.924,-

3.1.3 Depresiasi dan Amortisasi Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol.

D=

P−L n

dimana : D

= depresiasi per tahun

dimana : P

= harga awal peralatan

dimana : L

= harga akhir peralatan

dimana : n

= umur peralatan (tahun)

Semua modal investasi tetap langsung (MITL) kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Biaya amortisasi diperkirakan 20% dari MITTL, sehingga: Amortisasi

= 20% x Rp 39.411.663.485,= Rp 7.882.332.697,-

Universitas Sumatera Utara

Tabel LE.9 Perhitungan Biaya Depresiasi Komponen

Biaya (Rp)

Umur

Depresiasi (Rp)

Bangunan

16.530.000.000,00

20

826.500.000,00

Peralatan proses dan utilitas

68.543.320.874,71

10

6.854.332.087,47

8.100.574.285,19

10

810.057.428,52

31.156.054.943,05

10

3.115.605.494,31

6.119.615.277,39

10

611.961.527,74

4.895.692.222

10

489.569.222

Inventaris kantor

685.433.209

10

68.543.321

Perlengkapan keamanan dan kebakaran

685.433.209

10

68.543.321

8.273.000.000

10

827.300.000

Instrumentrasi dan alat control Perpipaan Instalasi listrik Insulasi

Sarana transportasi Total

13.672.412.402

Total Biaya Depresiasi dan Amortisasi = Rp 13.672.412.402,- + Rp 7.882.332.697,= Rp 21.554.745.099,3.1.4 Biaya Tetap Perawatan Biaya tetap perawatan terbagi menjadi:

(Timmerhaus, 2004)

1 Mesin

=68.543.320.874,71

X 10% = 6.854.332.087,47

2 bangunan

=16.530.000.000,00

X 10%

= 1.653.000.000,00

3 kendaraan

= 8.273.000.000,00

X 10%

= 827.300.000,00

4 instrumen dan alat kontrol

= 8.100.574.285,19

X 10%

= 810.057.428,52

5 perpipaan

=31.156.054.943,05

X 10%

=3.115.605.494,31

6 instalasi listrik

= 6.119.615.277,39

X 10%

= 611.961.527,74

7 insulasi

= 4.895.692.221,91

X 10%

= 489.569.222,19

8 inventaris kantor

=

685.433.208,75

X 10%

= 68.543.320,87

9 kelengkapan kebakaran

=

685.433.208,75

X 10%

= 68.543.320,87

Total biaya perawatan

14.498.912.401,98

3.1.5 Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Diperkirakan 10% dari modal investasi tetap Biaya tambahan industri

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 × Rp 185.380.787.505,-

Universitas Sumatera Utara

= Rp 18.538.078.750,-

3.1.6 Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 10% dari biaya tambahan Biaya administrasi umum

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 x Rp 18.538.078.750,= Rp 1.853.807.875,-

3.1.7 Biaya Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 20% dari biaya tambahan Biaya pemasaran dan distribusi

(Timmerhaus, 2004)

= 0,2 x Rp 18.538.078.750,= Rp 3.707.615.750,-

3.1.8 Biaya Laboratorium, Penelitian dan Pengembangan Diperkirakan 10% dari biaya tambahan

(Timmerhaus, 2004)

= 0,1 x 18.538.078.750,= Rp 1.853.807.875

3.1.9 Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 1% dari modal investasi tetap Biaya asuransi

= 0,1 x 18.538.078.750,= Rp 1.853.807.875

Biaya asuransi karyawan Asuransi karyawan 1,54% dari total gaji karyawan (Biaya untuk asuransi tenaga kerja adalah 2,54% dari gaji karyawan, dimana 1% ditanggung oleh karyawan dan 1,54% ditanggung oleh perusahaan) = 0,0154 x 18.538.078.750,= Rp 185.380.787.505,Total biaya asuransi

= Rp 2.016.801.475,-

3.1.10 Pajak Bumi dan Bangunan Pajak Bumi dan Bangunan adalah Total Biaya Tetap (Fixed Cost)

Rp 1.019.303.000,= Rp 74.979.802.927,-

Universitas Sumatera Utara

3.2

Biaya Variabel

3.2.1 Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 90 hari adalah Rp 58.000.711.040,Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun adalah : = Rp 58.000.711.040,- ×

330 90

= Rp 212.669.273.814,-

3.2.2 Biaya Variabel Tambahan Biaya variabel tambahan terbagi menjadi: 1. Proses dan utilitas Biaya proses dan utilitas

= Rp 212.669.273.814,-

2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10% dari biaya tetap pemasaran Biaya pemasaran dan distribusi

= 0,1 x Rp 3.707.615.750,= Rp 370.761.575,-

Total biaya variabel tambahan

= Rp 2.545.598.435,-

Biaya penaganan lingkungan

= 2.174.836.860,,-

3.2.3 Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 20% dari biaya variabel tambahan Biaya variabel lainnya

= 0,2 x Rp 2.545.598.4435,= Rp 509.119.687,-

Total biaya tetap

= Rp 52.817.099.973,-

Total Biaya Variabel

= Rp 215.723.991.937,-

Total Biaya Produksi

= Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 52.817.099.973,-+ Rp 215.723.991.937,= Rp 290.703.794.864,-

Universitas Sumatera Utara

4

Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan

4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan

= Total penjualan – Total biaya produksi = Rp 391.179.802.216,- – Rp 290.703.794.864,= Rp 100.476.007.352,-

Bonus perusahaan diberikan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan. Bonus perusahaan

= 0,005 × Rp 100.476.007.352,= Rp 502.380.036,-

Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17/00 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 29.909.588.194,-

4.2 Pajak Penghasilan Berdasarkan UURI Nomor 17 ayat 1 Tahun 2012, Tentang

Perubahan

Keempat atas Undang-undang Nomor 7 Tahun 1983 Tentang Pajak Penghasilan adalah (www.pajak.go.id, 2012): 

Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000,- dikenakan pajak sebesar 5 %.



Penghasilan Rp 50.000.000,- sampai dengan Rp 250.000.000,- dikenakan pajak sebesar 15 %.



Penghasilan Rp 250.000.000,- sampai dengan Rp 500.000.000,- dikenakan pajak sebesar 25 %.



Penghasilan di atas Rp 500.000.000,- dikenakan pajak sebesar 30 %. Maka pajak penghasilan yang harus dibayar adalah:

-

5 % × Rp 50.000.000

= Rp

5.000.000,-

-

15 % × (Rp 250.000.000 - Rp 50.000.000)

= Rp

30.000.000,-

-

25 % × (Rp 500.000.000 - Rp 250.000.000)

= Rp

62.500.000,-

30 % × (Rp 104.797.674.377,- - Rp 100.000.000) Total PPh

= Rp 29.812.088.194,= Rp 29.909.588.194,-

Universitas Sumatera Utara

4.3 Laba setelah pajak Laba setelah pajak

= Laba sebelum pajak – PPh

= Rp 99.973.627.315 – Rp 29.909.588.194,= Rp 70.064.039.120,5

Analisa Aspek Ekonomi

5.1 Profit Margin (PM) PM =

PM =

Laba sebelum pajak × 100 % Total penjualan Rp 99.973.627.315 , −   ×100 % Rp 391.179.802.216, −

PM = 25,56 %

5.2 Break Even Point (BEP) BEP =

Biaya Tetap × 100 % Total Penjualan − Biaya Variabel

BEP =

Rp 74.979.802.927,× 100 % Rp 391.179.802.216,- − Rp 215.723.991.937,-

BEP = 42.73 % Kapasitas produksi pada titik BEP

= 42.73 %× 13.000 ton/tahun = 5.555,- ton/tahun

Nilai penjualan pada titik BEP

= 42.73 %× Rp 391.179.802.216,= Rp 167.167.929.250,-

5.3 Return on Investment (ROI) ROI =

Laba setelah pajak × 100 % Total Modal Investasi

ROI =

Rp 70.064.039.120,× 100 % Rp 360.210.415.100,-

ROI = 19,45 %

Universitas Sumatera Utara

5.4

Pay Out Time (POT) POT =

1 ×1 tahun 19, 45

POT = 5,14 tahun

5.5

Return on Network (RON) RON =

RON =

Laba setelah pajak × 100 % Modal sendiri Rp 70.064.039.120,× 100 % Rp 216.120.849.060,-

RON = 32,42 %

5.6

Internal Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan

pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash Flow”. Untuk memperoleh cash flow diambil ketentuan sebagai berikut : -

Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10 % tiap tahun.

-

Masa pembangunan disebut tahun ke nol.

-

Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun.

-

Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10.

-

Cash flow adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan.

Universitas Sumatera Utara

Tabel LE.10 Data Perhitungan BEP %

Total biaya

Kapasitas

Biaya tetap

Biaya variabel

produksi

Penjualan

0,00

74.979.802.927,59

0,00

74.979.802.927,59

0,00

10,00

74.979.802.927,59

21.572.399.193,70

96.552.202.121,30

39.117.980.221,69

20,00

74.979.802.927,59

43.144.798.387,41 118.124.601.315,00

78.235.960.443,37

30,00

74.979.802.927,59

64.717.197.581,11 139.697.000.508,70 117.353.940.665,06

40,00

74.979.802.927,59

86.289.596.774,81 161.269.399.702,41 156.471.920.886,75

50,00

74.979.802.927,59 107.861.995.968,52 182.841.798.896,11 195.589.901.108,44

60,00

74.979.802.927,59 129.434.395.162,22 204.414.198.089,81 234.707.881.330,12

70,00

74.979.802.927,59 151.006.794.355,92 225.986.597.283,52 273.825.861.551,81

80,00

74.979.802.927,59 172.579.193.549,63 247.558.996.477,22 312.943.841.773,50

90,00

74.979.802.927,59 194.151.592.743,33 269.131.395.670,92 352.061.821.995,19

100,00

74.979.802.927,59 215.723.991.937,03 290.703.794.864,63 391.179.802.216,87

Universitas Sumatera Utara

Gambar LE.2 Grafik BEP 450.000.000.000 400.000.000.000 350.000.000.000

Biaya tetap

BEP=28,23 %

Harga (Rp)

300.000.000.000

Biaya variabel

250.000.000.000

Total biaya produksi

200.000.000.000

Penjualan

150.000.000.000

Garis BEP

100.000.000.000 50.000.000.000 0 0

15

30

45

60

75

90

105

Kapasitas produksi (%)

Universitas Sumatera Utara

Tabel LE.11 Data Perhitungan IRR P/F pada i =60%

Thn

Laba sebelum pajak

Pajak

Laba Sesudah pajak

Depresiasi

0

-

-

-

-

1

99.973.627.315

29.909.588.195

70.064.039.121

21.554.745.099

91.618.784.220

0,83

76348986849,90

0,77

70.475.987.861

2

109.970.990.047

32.973.797.014

76.997.193.033

21.554.745.099

98.551.938.132

0,69

68438845924,98

0,59

58.314.756.291

3

120.968.089.052

36.272.926.716

84.695.162.336

21.554.745.099

106.249.907.435

0,58

61487214950,96

0,46

48.361.359.779

4

133.064.897.957

39.901.969.387

93.162.928.570

21.554.745.099

114.717.673.669

0,48

55322952193,71

0,35

40.165.846.318

5

146.371.387.753

43.893.916.326

102.477.471.427

21.554.745.099

124.032.216.526

0,40

49845766029,23

0,27

33.405.482.066

6

161.008.526.528

48.285.057.958

112.723.468.570

21.554.745.099

134.278.213.669

0,33

44969502069,85

0,21

27.819.251.532

7

177.109.379.181

53.115.313.754

123.994.065.426

21.554.745.099

145.548.810.525

0,28

40620001794,35

0,16

23.195.577.758

8

194.820.317.099

58.428.595.130

136.391.721.969

21.554.745.099

157.946.467.068

0,23

36733300170,09

0,12

19.362.574.316

9

214.302.348.809

64.273.204.643

150.029.144.166

21.554.745.099

171.583.889.265

0,19

33254107260,31

0,09

16.180.291.330

10

235.732.583.689

70.702.275.107

165.030.308.583

21.554.745.099

186.585.053.682

0,16

30134527853,39

0,07

13.534.534.665

Net Cash Flow

-360.201.415.100

P/F pada i = 50% 1

PV pada i = 43%

-360.201.415.100

136.953.789.997 IRR = 30 +

1

PV pada i = 44%

-360.201.415.100

-9.385.753.184

136.953.789.997 × (20 – 30) = 29,36 % 136.953.789.997 − (−9.385.753.184)

Universitas Sumatera Utara

LAMPIRAN F PERATURAN PAJAK PENGHASILAN PASAL 21 A. Tarif dan Penerapannya 1. Pegawai tetap, penerima pensiun bulanan, bukan pegawai yang memiliki NPWP dan menerima penghasilan secara berkesinambungan dalam 1 (satu) tahun dikenakan tarif Pasal 17 ayat (1) huruf a Undang-Undang PPh dikalikan dengan Penghasilan Kena Pajak (PKP). PKP dihitung berdasarkan sebagai berikut: a. Pegawai Tetap: Penghasilan bruto dikurangi biaya jabatan (5% dari penghasilan bruto, maksimum Rp 6.000.000,00 setahun atau Rp 500.000,00 sebulan); dikurangi iuran pensiun, Iuran jaminan hari tua, dikurangi Penghasilan Tidak Kena Pajak (PTKP). b. Penerima Pensiun Bulanan: Penghasilan bruto dikurangi biaya pensiun (5% dari penghasilan bruto, maksimum Rp 2.400.000,00 setahun atau Rp 200.000,00 sebulan) dikurangi PTKP. c. Bukan Pegawai yang memiliki NPWP dan menerima penghasilan secara berkesinambungan: 50 % dari Penghasilan bruto dikurangi PTKP perbulan. 2. Bukan Pegawai yang menerima atau memperoleh penghasilan dikenakan tarif Pasal 17 ayat (1) huruf a dikalikan dengan 50% dari jumlah penghasilan bruto untuk setiap pembayaran imbalan yang tidak berkesinambungan; 3. Peserta kegiatan yang menerima atau memperoleh penghasilan dikenakan tarif Pasal 17 ayat (1) huruf a dikalikan dengan jumlah penghasilan bruto untuk setiap kali pembayaran yang bersifat utuh dan tidak dipecah; 4. Pegawai harian, pegawai mingguan, pemagang, dan calon pegawai, serta pegawai tidak tetap lainnya yang menerima upah harian, upah mingguan, upah satuan, upah borongan dan uang saku harian yang besarnya melebihi Rp.150.000 sehari tetapi dalam satu bulan takwim jumlahnya tidak melebihi Rp. 1.320.000,00 dan atau tidak dibayarkan secara bulanan, maka PPh Pasal 21 yang terutang dalam sehari adalah dengan menerapkan tarif 5% dari penghasilan bruto setelah dikurangi Rp. 150.000,00. Bila dalam satu bulan takwim jumlahnya melebihi Rp.1.320.000,00 sebulan, maka besarnya PTKP

Universitas Sumatera Utara

yang dapat dikurangkan untuk satu hari adalah sesuai dengan jumlah PTKP sebenarnya dari penerima penghasilan yang bersangkutan dibagi 360. 5. Pejabat Negara, PNS, anggota TNI/POLRI yang menerima honorarium dan imbalan lain yang sumber dananya berasal dari Keuangan Negara atau Keuangan Daerah dipotong PPh Ps. 21 dengan tarif 15% dari penghasilan bruto dan bersifat final, kecuali yang dibayarkan kepada PNS Gol. IId ke bawah, anggota TNI/POLRI Peltu ke bawah/ Ajun Insp./Tingkat I ke bawah. 6. Besar PTKP adalah :

Penerima PTKP

Setahun

Sebulan

untuk diri pegawai

Rp 15.840.000

Rp 1.320.000

Rp 1.320.000

Rp 110.000

Rp 1.320.000

Rp 110.000

tambahan

untuk

pegawai

yang

su

menikah(kawin) tambahan untuk setiap anggota keluarga paling banyak 3 (tiga) orang

7. *) anggota keluarga adalah anggota keluarga sedarah dan semenda dalam satu garis keturunan lurus, serta anak angkat yang menjadi tanggungan sepenuhnya. 8. Tarif Pasal 17 ayat (1) huruf a Undang-undang Pajak Penghasilan adalah: Lapisan Penghasilan Kena Pajak

Tarif

sampai dengan Rp 50 juta

5%

diatas Rp 50 juta sampai dengan Rp 250 juta

15%

diatas Rp 250 juta sampai dengan Rp 500 juta 25% diatas Rp 500 juta

30%

9. Bagi Wajib Pajak yang tidak memiliki NPWP dikenakan tarif 20 % lebih tinggi dari tarif PPh Pasal 17.

Universitas Sumatera Utara