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 =
(α
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
=¼
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
=¼
•
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
=¼
•
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
