PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
C.5 Pompa HCl (P-01)
Fungsi : Untuk memompa asam klorida dari T-01 ke Tangki Pelarutan HCl (TP-01)
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 1 unit
Bahan Konstruksi : Stainless Steel Kondisi Operasi:
Tekanan = 1 atm
Temperatur = 30oC
Laju alir massa = 605,490 kg/jam = 0,371 lbm/s Densitas campuran = 1190 kg/m3= 74,289 lbm/ft3
Viskositas campuran = 1,7 cP = 0,001143 lbm/ft.s Laju alir volumetrik Q = F/ = 0,371/74,289= 0,005 ft3/s
= 0,0001 m3/s Perhitungan:
a. Perencanaan Pompa
Untuk aliran turbulen (Nre >2100), (Peters & Timmerhaus, 1991) Di,opt= 0,363 × Q0,45× 0,13
Untuk aliran laminar ,
Di,opt = 0,133 ×Q0,4× 0,2 (Peters & Timmerhaus, 1991) dengan : Di,opt= diameter optimum (m) = densitas (kg/m3)
Q = laju volumetrik (m3/s) = viskositas (cP) Diameter pipa ekonomis, Di,opt:
Di,opt= 0,363 ×Q0,45× 0,13
= 0,363 (0,0001)0,45(1190)0,13 = 0,017 m = 0,664 in
Dari App. A.5-1, Geankoplis, 2003 dipilih pipa dengan spesifikasi: • Ukuran pipa nominal = 1 in
• Schedulepipa = 40
• Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,087 ft = 0,027 m • Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,110 ft = 0,033 m • Luas penampang dalam (Ai) = 0,006 ft2
b. Pengecekan bilangan Reynold, NRE Kecepatan rata rata, V:
V = Q/Ai = 0,005/0,006 = 0,831 ft/s
Bilangan Reynold, NRe= v D = (74,289) (0,832) (0,087) = 4725,672
0,001143
Untuk pipastainless steel, harga = 0,0000415 (Geankoplis, 2003)
Pada NRE = 4725,672 dan /D = 0,0000415/0,027 = 0,002 Diperoleh harga faktorfanning, f = 0,015
c. Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa, L Kelengkapan pipa (Foust, 1980):
Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft
2 buah gate valve fully open (L/D= 13) L2 = 2 x 13 x 0,087 = 2,273 ft
3 buah elbow standar 90oC (L/D = 30) L3 = 3 x 30 x 0,087 = 7,867 ft
1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 32) L4 = 1 x 32 x 0,087 = 2,797 ft
1 buah sharp edge exit (K=1 ; L/D= 65) L5 = 1 x 65 x 0,087 = 5,682 ft L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 50 + 2,273 + 7,867 + 2,797 + 5,682 = 68,620 ft d. Menentukan Friksi, F F = (4 . f . V2. L)/(2. gc. D) = (4 . 0,015 . 0,8312. 68,620)/(2 . 32,174 .0,087) = 4,001 ft.lbf/lbm
e. Kerja yang diperlukan, Wf Dari persamaan Bernoulli:
½ gc (v22 v12) + g/gc (z2 z2) + (P2 P1)/ + F + Ws = 0 Dimana v1= v2; v2= 0; P1= P2; P = 0, Maka: Tinggi pemompaan z = 10 m = 32,808 ft 0 + 32,174/32,174 (32,808) + 0 + 4,001 + Ws = 0 - Ws = 36,809 ft.lbf/lbm f. Daya Pompa, WP Wp = - Ws. Q. / 550 = 36,809 x 0,005 x 74,289 /550 = 0,025 hp
Efisiensi pompa 80%
Daya aktual motor = 0,025/0,8 = 0,031 hp
Digunakan pompa daya pompa standar 1/4 hp
C.6 Tangki Pelarutan HCl (TP-01)
Fungsi : Mencampurkan HCl dan H2O untuk membuat larutan HCl 30%
Jenis Konstruksi : Tangki berpengaduk dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi :Carbon steelSA-285 grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Tekanan : 1 atm
Temperatur : 30oC
Faktor Kelonggaran : 20%
Laju alir massa : 2016,827 kg/jam Densitas campuran : 1057 kg/m3 Viskositas campuran : 1,7 cP Perhitungan: a. Volume Tangki Volume larutan (Vl) = (2016,827 /1057) = 1,908 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume Tangki = (1+0,2) x Vl = 1,2 x 1,908 = 2,290 m3
b. Diameter dan Tinggi Tangki
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki: Hs : D = 1 : 1
Volume silinder =
4D 2H
Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell &
Young,1959)
Volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal =4D2Hsx 2
= 4D 2 1 6D x 2 = 12D 3 Vt = Vs + Vh Vt = 4D 3+ 12D 3 =412D3 Diameter Tangki (D) = 12Vt 4 3 = 12 x 2,290 4 3 = 1,298 m = 51,092 in Tinggi silinder (Hs) = D = 1,298 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D
= 0,216 m
Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)
= 1,298 + (2 x 0,216) = 1,730 m
c. Tekanan Design
Tinggi bahan dalam tangki = (Vl/Vt) x HT
= (1,908/2,290) x 1,730 = 1,442 m
Phidrostatik = x g x Hc
= 1057 x 9,8 x 1,442 = 14937 Pa = 14,937 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 20%
Pdesign = (1+0,2) x (Phidrosatik + Po)
= 1,2 x (14,937 + 101,325)
d. Tebal dinding tangki (bagian silinder)
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C
(Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :
Joint efficiency (E) : 0,85 Allowable stress(S) : 13700 psia Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun
Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun Tebal silinder (dt) = CAxn P 0,2 - 2.S.E D x P
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi) D = Diameter tangki (in) S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = 20,235 × 51,092 + (0,125 × 10) = 1,294 in 2x13700 × 0,85 0,2 × 20,235
Dipilih tebal dinding standar = 1 1/2 in (Brownell & Young, 1959)
e. Tebal dinding head
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C
(Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :
Joint efficiency (E) : 0,85 Allowable stress(S) : 13700 psia Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun
Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun Tebal silinder (dt) CAxn P . 0,2 - 2.S.E D x P
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi) D = Diameter tangki (in)
S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = 20,235 × 51,092 + (0,125 × 10) = 1,294 in 2 × 13700 × 0,85 0,2 × 3,489
Dipilih tebal dinding standar = 1 1/2 in (Brownell & Young, 1959)
f. Pengaduk (impeller)
Jenis :flat six blade open turbine(turbin datar enam daun)
Kecepatan putaran (N) : 60 rpm = 1 rps
Efisiensi motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Pengaduk didesain dengan standar berikut:
Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)
W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)
C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)
4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana : Da= diameter pengaduk
Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk
C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi:
Diameter pengaduk (Da) : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,298 = 0,433 m Lebar daun pengaduk (W) : 1/5 x Da = 1/8 x 0,433 = 0,054 m Tinggi pengaduk dari dasar (C) : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,298 = 0,433 m Lebar baffle (J) : 1/12 x Dt = 1/12 x 1,298 = 0,108 m Daya untuk pengaduk :
Bilangan Reynold (NRe) = Da2N
=0,433
2x1x1057
1,7/1000 =116349,497
Darifigure3.4-4 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk
P = Np x x N3x Da5= 3 x 1057 x 13x 0,4335 = 48,033 Watt = 0,064 HP Effisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor (Pm) =0,0640,8 = 0,081 HP Digunakan daya 1/4 HP
C.7 Reaktor Asam (R-01)
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi pembentukan kalsium klorida dengan penambahan HCl
Jenis : Reaktor tangki berpengaduk
Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi :Carbon steelSA-285 grade C
Jenis pengaduk :flat 6 blade open turbine(turbin datar enam daun)
Jenis sambungan :double welded butt joins
Jumlah baffle : 4 buah
Jumlah : 3 unit
Reaksi yang terjadi : CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(s) + CO2(g) + H2O(l) Perhitungan:
a. Waktu Tinggal ( ) Reaktor XA = 0,99
CAO= 0,033
CA = CAO (CAO x XA) = 0,033 (0,033 x 0,99) = 0,000326 M
Asam klorida membutuhkan waktu 3 jam bereaksi dengan kalsium klorida untuk berubah menjadi kalsium klorida apabila kondisi operasi pada reaktor tercapai (William, dkk, 2002)
= 3 jam
b. Ukuran Reaktor V = . campuran
= 1994 liter = 1,994 m3 Volume larutan (VL) = 1,994 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume tangki (VT) = ( 1 + 0,2 ). VL = 1,2 (1,994) = 2,393 m3
Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT = 1 : 1) Volume silinder =
4D 2H
s=4D3
Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan ellipsoidal dengan rasio axis majorterhadapminor2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell &
Young,1959)
Volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal =4D2Hsx 2
=4D2 16D x 2 =12D3 Vt = Vs + Vh Vt = 4D 3+ 12D 3 =4 12D 3 Diameter Tangki (D) =3 12V4 t = 3 12 x 2,3934 = 1,317 m = 51,849 in Tinggi silinder (Hs) = D = 1,317 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D
= 0,219 m
Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)
= 1,317 + (2 x 0,219) = 1,756 m
c. Tekanan Desain
Tinggi bahan dalam tangki = (Vl/VR) x HT
= (1,994 /2,393) x 1,756) = 1,463 m
Phidrostatik = x g x Hc
= 1432,193x 9,8 x 1,463 = 20538,273 Pa = 20,538 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 20%
Pdesign = (1+0,2) x (Phidrosatik + Po)
= 1,2 x (20,538 + 101,325)
= 25,373 kPa = 0,25 atm = 3,68 psia
d. Tebal Dinding Reaktor (bagian silinder)
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C
(Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :
Joint efficiency (E) : 0,85 Allowable stress(S) : 13700 psia Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun
Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun Tebal silinder (dt) CAxn P 0,6 - S.E R x P
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi)
R = jari jari dalam tangki (in) = D/2 S = Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = 3,680 × 51,849 + (0,125 × 10) = 1,258 in 13700 × 0,85 0,6 × 3,680
Dipilih tebal dinding standar = 1 1/2 in (Brownell & Young, 1959)
e. Tebal dinding head
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C
(Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :
Allowable stress(S) : 13700 psia Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun
Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun Tebal silinder (dt) CAxn P 0,2 - 2.S.E D x P
(Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi) D = Diameter tangki (in) S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = 3,680 × 51,849 + (0,125 × 10) = 1,258 in 2 × 13700 × 0,85 0,2 × 3,680
Dipilih tebal dinding standar = 1 1/2 in (Brownell & Young, 1959) f. Pengaduk (impeller)
Jenis :flat six blade open turbine(turbin datar enam daun)
Kecepatan putaran (N) : 60 rpm = 1 rps
Efisiensi motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Pengaduk didesain dengan standar berikut:
Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)
W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, 2003)
C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)
4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana : Da= diameter pengaduk
Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk
C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi:
Diameter pengaduk (Da) : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,317 = 0,439 m Lebar daun pengaduk (W) : 1/8 x Da = 1/8 x 0,439 = 0,055 m Tinggi pengaduk dari dasar (C) : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,317 = 0,439 m Lebar baffle (J) : 1/12 x Dt = 1/12 x 1,317 = 0,110 m
Bilangan Reynold (NRe) = Da2N
=0,439
2x1x1432,193
1,7/1000 =162355,774
Darifigure3.4-4 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk
jenisflat six blade open turbinedengan 4 baffle, diperoleh Np = 3,5
Maka,
P =Np x x N3x Da5=3,5 x 1432,193 x 13x 0,4395 = 81,725 Watt = 0,110 HP Effisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor (Pm) =0,110
0,8 = 0,137 HP
Digunakan daya 1/4 HP
g. Jaket Pemanas
Dari neraca panas, jumlah steam pemanas yang diperlukan = 33,917 kg/jam Volume spesifik steam pada suhu 150oC adalah 1,94 m3/kg
Laju volumetrik steam=33,917 x 1,94
3600 =0,018 m 3/s
Diameter dalam jaket (D1) = Diameter silinder + tebal silinder = 51,849 + 1,5
= 53,349 in = 1,355 m Ditetapkan jarak jaket ( ) = 5 in, sehingga : Diameter luar jaket (D2) = 2 + D1
= (2 . 5) + 53,349 = 63,349 in = 1,609 m Luas yang dilalui steam (A) = /4 (D22 D12)
= 0,592 m2 Kecepatan superfisial air steam ( v )
v =Vp
A = 8,023
0,592=13,562 m/jam
Direncanakan menggunakan bahan konstruksiStainless steel plateSA-240 grade 314
(Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :
Joint efficiency (E) : 0,85 Allowable stress(S) : 18700 psia
Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun
Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun Tebal jaket (dt) CAxn P 0,2 - 2S.E D x
P (Peters & Timmerhaus, 1991)
Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi)
D = Diameter tangki (in) S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance
n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan
dt = 3,680 × 51,849 + (0,125 × 10) = 1,256 in 2 × 13700 × 0,85 0,2 × 3,680
Dipilih tebal dinding standar = 1 1/2 in (Brownell & Young, 1959)
C.8 Pompa Keluaran Reaktor Asam (P-02)
Fungsi : Untuk memompa hasil keluaran R-01 menuju ke Reaktor Penetral (R-02)
Jenis :Positive displacement (rotary pump)
Jumlah : 1 unit
Bahan Konstruksi :Commercial Steel
Kondisi Operasi:
Tekanan = 1 atm
Temperatur = 30oC
Laju alir massa = 2494,343 kg/jam = 1,526 lbm/s Densitas campuran = 1432,193 kg/m3= 89,408 lbm/ft3 Viskositas campuran = 1,7 cP = 0,001143 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik Q = F/ = 1,526/89,408=0,017 ft3/s= 0,0005 m3/s
Perhitungan pompa (P-02) analog dengan perhitungan pompa tangki penampungan HCl (P-01):
Spesifikasi:
De = 3 ×Q0,36× 0,18= 1,556 in (Peters & Timmerhaus, 1991) Pipa (Geankoplis, 2003):
• Ukuran pipa nominal = 2 in • Schedulepipa = 40
• Diameter dalam (ID) = 2,067 in = 0,172 ft = 0,053 m • Diameter luar (OD) = 2,375 in = 0,198 ft = 0,060 m • Luas penampang dalam (Ai) = 0,023 ft2
Pengecekan bilangan Reynold, NRe Kecepatan rata rata, V:
V = Q/Ai = 0,017/0,023 = 0,733 ft/s
Bilangan Reynold, NRe= v D = (89,408) (0,733) (0,172) = 9877,385
0,001143
Untuk pipa stainless steel, harga = 0,0000415 (Geankoplis, 2003) Pada Nre = 9877,385 dan /D = 0,0000415/0,053 = 0,001
Diperoleh harga faktor fanning, f = 0,008 Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa, L Kelengkapan pipa (Foust, 1980):
Panjang pipa lurus, L1 = 80 ft
2 buah gate valve fully open (L/D= 13) L2 = 2 x 13 x 0,172 = 4,478 ft
3 buah elbow standar 90oC (L/D = 30) L3 = 3 x 30 x 0,172 = 20,670 ft
1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 32) L4 = 1 x 32 x 0,172 = 5,512 ft
1 buah sharp edge exit (K=1 ; L/D= 65) L5 = 1 x 65 x 0,172 = 11,196 ft L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 80 + 4,478 + 20,670 + 5,512 + 11,196 = 121,856 ft Menentukan Friksi, F F = (4 . f . V2. L)/(2. gc. D) = (4 . 0,008 . 0,7332. 121,856)/(2 . 32,174 .0,172) = 5,800 ft.lbf/lbm
Kerja yang diperlukan, Ws Dari persamaan Bernoulli:
½ gc (v22 v12) + g/gc (z2 z2) + (P2 P1)/ + F + Ws = 0 Dimana v1= v2; v2= 0; P1= P2; P = 0 Maka: Tinggi pemompaan z = 10m = 32,81 ft 0 + 32,174/32,174 (32,81) + 0 + 5,800 + Ws= 0 - Ws = 38,608 ft.lbf/lbm Daya Pompa, WP Wp = - Ws. Q. / 550 = 38,608 x 0,017 x 89,408 /550 = 0,107 hp Efisiensi pompa 80%
Daya aktual motor = 0,107/0,8 = 0,134 hp
Digunakan pompa daya pompa standar 1/4 hp