SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS

Utilitas merupakan unit dalam memperlancar jalanya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada, Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik

Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik karbon disulfida dari arang tempurung kelapa dan belerang adalah sebagai berikut :

1. Kebutuhan air 2. Kebutuhan listrik 3. Kebutuhan udara dingin D.1 Unit Penyediaan Air A. Air Sanitasi

1. Kebutuhan Karyawan

Kebutuhan karyawan = 120 L/hari per orang (standar WHO) Jumlah karyawan yang menggunakan air sanitasi adalah 120 orang/hari Densitaas air 30oC = 999,99 kg/m3 = 0,999 kg/L

Jadi kebutuhan air untuk 120 orang setiap hari adalah :

Kebutuhan air = 120orang x 120 L/hari/orang x 0,999 kg/L = 14.385,6 kg/hari

= 599,4 kg/jam

2. Air untuk Laboratorium, Taman dan Keperluan Lain

Air untuk kebutuhan laboratorium, taman dan keperluan lain diperkirakan 30% dari kebutuhan karyawan

Maka, 30 % x 599,99 kg/jam = 179,82 kg/jam

Jadi kebutuhan air untuk karyawan, laboratorium dan kebutuhan lain adalah = 599,99 + 180,00 = 779,99 kg/jam

3. Air untuk pemadam kebakaran dan cadangan air

Diperkirakan 40 % berlebih dari kebutuhan air sanitasi, sehingga total kebutuhan air sanitasi adalah = 1,4 x 779,22 kg/jam = 1.090,908 kg/jam

Tabel D.1 Total Kebutuhan Air Sanitasi No Keperluan Kebutuhan (kg/jam)

1 Karyawan 599,4

2 Laboratorium 779,99

3 Cadangan 1090,908

Total 2.470,298

B. Air Pendingin

Air pendingin berfungsi sebagai media pendingin pada alat perpindahan panas Tabel D.2 Tabel Kebutuhan Air Pendingin

No Kode Alat Nama Alat Jumlah (kg/jam)

1 CD-101 Kondensor 139,202

Jumlah 139,202

Untuk memenuhi kebutuhan air, maka pada Pra Perancangan Pabrik Pembuatan Karbon Disulfida ini menggunakan air sungai. Sebelum digunakan, air sungai tersebut masih perlu diproses untuk memenuhi standar air sanitasi dan air pendingin.

Air untuk pendingin direncanakan akan didinginkan kembali (Sirkulasi) dalam

cooling tower, sehingga tidak diperlukan penggantian air pendingin, kecuali bila ada

kebocoran atau kehilangan karena penguapan. Untuk memenuhi pemakaian air maka disediakan penambahan air sebesar 20% dari kebutuhan air pendingin.

Kuantitas penambahan air = (1+0,2) x 139,202 kg/jam = 167,042 kg/jam L.D.1 Screening (SC)

Fungsi : menyaring partikel-partikel padat yang besar Jenis : bar screen

Jumlah : 1 unit

Ukuran : Lebar = 5 mm

Tebal = 20 mm

Bar clear spacing = 20 mm

Slope = 30°

Kondisi operasi:

- Temperatur = 30°C

- Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Perry dkk, 1997) - Laju alir massa = 867,6306 kg/jam

- Laju alir volumetric, Q = �

ρ

=

867,6306 ��

��� � 1 ���/3600�

995,68 kg /m 3

Q = 0,00024 m

3

/s

Direncanakan ukuran screening: Panjang = 2 m Lebar = 2 m 20 mm 20 mm 2 m 2 m

Gambar LD. 1 Spesifkasi screening Misalkan, jumlah bar = x

Maka,

20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980

x = 49,5 ≈ 50 buah

Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Asumsi, Cd= 0,6 dan 30% screen tersumbat

Head loss (∆h) = _{2 2} d 2 C g 2 Ad Q = _{2 2 2} 2 ) 0,7 x 04 , 2 ( 6 . 0 m/s 9,8 2 kg/jam) (0,000242 × × × = 4,0702.10-9 m dari air L.D.2 Pompa Air Sungai (P-201)

Fungsi : untuk memompakan air sungai menuju bak

penampungan air bersih (pengendapan)

Jenis : centrifugal pump

Bahan Konstruksi : commercial steel

Jumlah : 1 unit Kondisi Operasi : Temperatur = 28oC Tekanan = 1 atm Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,1586 lb/ft3 Viskositas air = 0,8007 cP = 0,0005 lb/ft.s Laju alir massa = 867,6306 kg/jam = 0,5313 lb/detik Laju alir volumetric, Q = �

ρ =

0,5313 ���/� 62,1586 lbm /��3

Q = 0,0085 ft3/s

Desain Pompa :

di opt = 3,9 Qf0,45x ρ0,13 (Pers 12-15 Peter’s, 2004) = 3,9 (0,0085) 0,45 x 62,15860,13

= 0,78 in Ukuran Spesifikasi Pompa :

Berdasarkan standarisasi ID = 2 in sch 40 (Geankoplis, 1997) OD = 1,315 in = 0,11 ft

ID = 1,049 in = 0,0874 ft A = 0,006 ft2

Menentukan kecepatan aliran pipa : VI = Q/A1

= 0,0085

= 1,4166 ft/s

Menghitung bilangan Reynol number : Nre = ����ρ � = 0,0874 � 1,4166 � 62,1586 0,0005 = 15391,8169 > 2100 (aliran turbulen) Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,0156 ft.lbf/lbm 1 elbow 90°: hf = 0,0467 ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = 0,0623 ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft: Ft = 0,2783 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,0311 ft.lbf/lbm Total friction loss : ΣF = 0,9308 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

1 2∝(� 2_{− �}1_{) +} � ��(�2− �1) + P2−P1 � +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2 P1 = P2 Tinggi pemompaan , ΔZ = 50 ft Maka : 0 + 32,174 ft /s2 32,174ft .lbm / lbf .s2(50 ft) + 0 + 0,9308 ft. lbf/lbm + Ws Ws = -50,931 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80 %, maka:

Ws = - η × Wp -50,931 = - 0,8 x Wp Wp = 63,663 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = m x Wp = 867,6306 (0,45359 )(3600 ) x

(

63,663 ft. lbf/lbm

)

x 1 hp 550ft.lbf / s = 0,0614 hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor ¼ (0,25) hp. L.D.3 Bak Sedimentasi (S-210)

Jumlah : 1 unit

Jenis : Beton kedap air

Aliran : Horizontal sepanjang bak sedimentasi Bahan kontruksi : Beton kedap air

Kondisi operasi : Temperatur = 30 oC Tekanan = 1 atm Densitas air = 995,68 kg/m3

Viskositas air = 0,836 cP = 0,001 lb/ft.s Laju alir volumetric, Q = �

ρ = 867,6306 �� ��� � 6 ���/3600� 995,68 kg /m 3 = 0,00145 m3/s = 3,0723 ft3 / min Desain Perancangan :

Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991)

Perhitungan ukuranmasing-masing bak

Kecepatan pengendapan0,1 mm pasir adalah : (Kawamura, 1991)

0

υ = 1,57 ft/minatau 8 mm/s

Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman bak = 7 ft Lebar bak = 3 ft Kecepatan aliran,v = t A Q = ft 3 ft 7 min / ft 3,0723 3 × = 0,1463 ft/min Desain panjang ideal bak : L = K

    0 υ h v(Kawamura, 1991) dengan : K = faktor keamanan = 1,5

Maka : L = 1,5 (12/1,57) x 0,1463 = 16,77 ft

Diambil panjang bak = 2 ft Uji desain : Waktu retensi (t) : etrik laju volum nggi lebar x ti x panjang Q Va t= = Q V_a = menit / ft 3,0723 ft 12 ft 3 ft 2 3 × × _{= 14,25 menit}

Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991)

Surface loading : air masukan permukaan luas etrik laju volum A Q = t A Q = 3 3 gpm/ft 83 , 3 ft 2 ft 3 ) 3 81gal/ft /menit(7,4 ft 3,0723 × ×

Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2

Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : ∆h = K v2 2 g ) m/s .(9,8 2 ft)] m/3,2808 s).(0,1463 min/60 1 .( /min ft [0,92 x 12 , 0 ₂ 2 3 = = 2,8623.10-9 ft L.D.4 Pompa Sedimentasi (P-202)

Fungsi : untuk memompakan air dari bak sedimentasi (S-210) ke clarifier (CL-210)

Jenis : centrifugal pump Bahan Konstruksi : commercial steel

Kondisi Operasi :

Temperatur = 30oC

Tekanan = 1 atm

Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3 Viskositas air = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft.s Laju alir massa = 867,6306 kg/jam = 0,5313 lbm/detik Laju alir volumetric, Q = �

ρ =

0,5313 62,1586

Q = 0,0085 ft3/s

Desain Pompa :

di opt = 3,9 Qf0,45x ρ0,13 (Pers 12-15 Peter’s, 2004) = 3,9 (0,0085) 0,45 x 62,15860,13

= 0,78 inc Ukuran Spesifikasi Pompa :

Berdasarkan standarisasi ID = 1 in sch 40 (Geankoplis, 1997) OD = 1,315 in = 0,11 ft

ID = 1,049 in = 0,0874 ft A = 0,006 ft2

Menentukan kecepatan aliran pipa : VI = Q/A1

= 0,0085

0,006

= 1,4166 ft/s

Menghitung bilangan Reynol number : Nre = ����ρ � = 0,0874 � 1,4166 � 62,1586 0,0005 = 1539,8169 > 2100 (aliran turbulen) Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,0156 ft.lbf/lbm 2elbow 90°: hf = 0,0467 ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = 0,0623 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 25 ft: Ft = 0,2783ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,0311 ft.lbf/lbm Total friction loss : ΣF = 0,9900 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

1 2∝(� 2_{− �}1_{) +} � ��(�2− �1) + P2−P1 � +∑ �+�� = 0(Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2 P1 = P2 Tinggi pemompaan , ΔZ = 30 ft Maka : 0 + 32,174 ft /s2 32,174ft .lbm / lbf .s2(30 ft) + 0 + 0,9900 ft. lbf/lbm + Ws Ws = -30,990 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80 %, maka:

Ws = - η × Wp -30,990 = - 0,8 x Wp Wp = 38,738 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = m x Wp = 867,6306 (0,45359 )(3600 ) x

(

38,738 ft. lbf/lbm

)

x 1 hp 550ft.lbf / s = 0,0374 hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor ¼ ( 0,25) hp. LD.5 Tangki Pelarutan Alum (M210)

Fungsi : Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : Temperatur = 30°C Tekanan = 1 atm Al2(SO4)3 yang digunakan = 50 ppm

Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30% (% berat) Laju massa Al2(SO4)3 = 0,0433 kg/jam

Densitas Al2(SO4)3 30% = 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3

(Perry, 1999) Kebutuhan perancangan = 30 hari

Faktor keamanan = 20% Desain Tangki a. Ukuran Tangki Volume larutan (Vl) = 0,0433kg jam x 24 jam hari x 30 hari 0,3 x 1363 kg /m3 = 0,076m3

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 2 : 3 V=1 4πD 2_H 0,0912 m3=1 4πD 2_�3 2D� 0,0912 m3=3 8�� 3 Maka : D = 0,47m ; H = 0,94 m Tinggi cairan dalam tangki = = 0,076

0,0912

x 0,94 = 0,78 m

b. Tebal dinding tangki Phidrostatik = ρ x g x l

= 1363 x 9,8 x 0,75m = 104187,227 Pa = 10,4187 kPa

Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 5%

PT = 10,4187 kPa + 101,325 kPa = 111,7437 kPa

Pdesign = 1,05 x (111,7437)

= 117,33 kPa −Joint eFticiency (E) : 0,8

−Allowable stress (S) : 12650 psia = 87218,714 kPa Tebal shell tangki:

t =

PD

2SE−1,2P

=

(117,33 kPa)x (0,47 m)

2(87.218,714 kPa)(0,8)−1,2(117,33 kPa)

Faktor korosi = 1/8 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,01574 in + 1/8 in = 0,1407 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959) c. Daya pengaduk

Jenis : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Kecepatan putaran (N) : 60 rpm = 1 rps

Efisiensi motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Jadi: • (Da) : 1/3 x Dt = 1/3 x 0,6 m = 0,65 ft • (E) : 1 x Da = 1 x 0,2 m • (L) : 1/4 x Da = 1/4 x 0,2 = 0,05 m • (W) : 1/5 x Da = 1/5 x 0,2 = 0,04 m • (J) : 1/12 x Dt = 1/12 x 0,6 = 0,005 m

dimana : Da = diameter impeller Dt = diameter tangki

W = lebar blade pada turbin E = tinggi turbin dari dasar tangki J = lebar baffle

L = panjang blade pada turbin Daya untuk pengaduk :

Bilangan Reynold (NRe) = �� (���) � = 85,0898 x 1 x 0,2 2 6,72.10−4 = 5,42.10 4

NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: P= KT.n 3_.Da5_ρ g_c (McCabe, 1999) KT = 6,3 P=6,3 (1 put /det ) 3 _{x ( 0,20ft )}5 _{x (85,0898 lbm /ft}3 ₎ 32,174 lbm .ft /lbf .det2

x

1 hp 550 ft lbf /det P = 0,0036 hp

Daya motor (Pm) =0,0036

0,8 = 0,0045 HP

Dipilih daya motor standar = 1/10 HP LD.6 Pompa Alum (P-203)

Fungsi : Memompa alum dari Tangki Pelarutan Alum (M-210) ke Clarifier (CL)

Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : - Temperatur = 30°C

- Densitas alum (ρ) = 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3

- Viskositas alum (μ) = 6,72.10-4 cP = 4,5158.10-7 bm/ft.detik - Laju alir massa (F) = 0,0433 kg/jam = 0,000026 lbm/detik

(Kirk & Othmer, 1978)

Perhitungan spesifikasi pompa alum (P-202) analog dengan perhitungan spesifikasi pompa screening (P-201), diperoleh hasil :

Debit air/laju alir volumetrik, Q = 3,05.10-7 ft3/s Di,opt = 0,0081 in

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1/8 in

- Schedule number : 40

- Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,02 ft = 0,0068 m - Diameter Luar (OD) : 0,405 in = 0,03 ft

- Luas penampang dalam (At) : 0,0004 ft2 Kecepatan linier : v = 0,00076 ft/s

Bilangan Reynold : NRe = 2864,088 (turbulen) Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 m ε/D = 0,0067, diperoleh f = 0,0018

Friction loss:

2 elbow 90°: hf = 0,00000013ft.lbf/lbm 1check valve: hf = 0,00000017 ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft: Ft = 0,0000000096 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,000000008 ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 0,00000010 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

1 2∝(� 2_{− �}1_{) +} � ��(�2− �1) + P2−P1 � +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2 P1 = 2333,8283 lbf/ft² P2 = 2727,6399 lbf/ft² Tinggi pemompaan , ΔZ = 20 ft Ws = 24,6282 ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi pompa 80 %, maka: Ws = - η × Wp

24,6282 = - 0,8 x Wp

Wp = 30,7852 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 0,000001 HP

Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.

LD.7 Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (M-211)

Fungsi : Membuat larutan soda abu (Na2CO3) Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm

Na2CO3 yang digunakan = 27 ppm

Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Na2CO3 = 0,0234 kg/jam

Densitas Na2CO3 30 % = 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3(Perry, 1999) Viskositas Na2CO3 30 % = 3,69⋅10-4 lbm/ft⋅detik (Kirk & Othmer, 1978) Kebutuhan perancangan = 30 hari

Faktor keamanan = 20%

Perhitungan spesifikasi Tangki pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02) analog dengan perhitungan spesifikasi Tangki pelarutan Alum [Al2(SO4)3]

a. Ukuran tangki

Volume larutan, Vl = 0,0423 m3 Volume tangki, Vt = 0,051 m3 D = 0,84 m ; H = 1,68 m

b. Tebal dinding tangki

Tinggi cairan dalam tangki = 186,705 m Tekanan hidrostatik, Phid = 18,2 kPa

Poperasi = 101,325kPa

Pdesain = 125,5012kPa

Tebal shell tangki:

t = 0,00075 m = 0,02952 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,02952 in + 1/8 in = 0,1545 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959) c. Daya pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh : Da = 0,16 m =0,54 ft

E = 0,16m L = 0,04m W = 0,03 m J = 0,04m

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Bilangan Reynold, NRe = 3,56.104

KT = 6,3 P = 0,0013 hp

Efisiensi motor penggerak = 80%

Maka daya motor yang dipilih 1/10 hp. LD.8 Pompa Soda Abu (P-204)

Fungsi : Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu (M-211) ke Clarifier (CL)

Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

- Temperatur = 30°C

- Densitas soda abu (ρ) = 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3 (Othmer,1967) - Viskositas soda abu (μ) = 3,69.10-4 cP =2,4797.10-7 (Othmer, 1978) Laju alir massa (F) = 0,0234 kg/jam = 0,000014 lbm/detik Perhitungan spesifikasi pompa soda abu (PU-04) analog dengan perhitungan spesifikasi pompa screening (PU-01), diperoleh hasil :

Debit air/laju alir volumetrik, Q = 1,6899.10-7 ft3/s = 0,00000001 m3/s Di,opt = 0,0062in

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1/8 in

- Schedule number : 40

- Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,02 ft - Diameter Luar (OD) : 0,405 in = 0,03 ft - Luas penampang dalam (At) : 0,0004 ft2 Kecepatan linier : v = 0,000422 ft/s

Bilangan Reynold : NRe = 2819,6516 (tubulen) Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 m

ε/D = 0,0067, diperoleh f = 0,0018 (Timmerhaus,1991)

Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,000000013ft.lbf/lbm 2 elbow 90°: hf = 0,000000041 ft.lbf/lbm 1check valve: hf = 0,000000055ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft: Ft = 0,000000029ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = 0,000000027ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 0,000000318 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli:

1 2∝(v 2 _−v1_{) +} g g_c(z2−z1) + P2−P1 ρ +�F + Ws = 0 dimana : v1 = v2 P1 = 2496,345 lbf/ft² P2 = 2727,6399 lbf/ft² ΔP = 2,7919ft.lbf/lbm ΔZ = 20 ft maka: Ws = 22,7919ft.lbf/lbm Wp = 28,4898 ft.lbf/lbm Daya pompa: P = 0,00000074 hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp. LD.9 Clarifier (CL-210)

Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu

Tipe : External Solid Recirculation Clarifier Bentuk : Circular desain

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283, Grade C Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm

Laju massa air (F1) = 867,6306 kg/jam Laju massa Al2(SO4)3 (F2) = 0,0433 kg/jam Laju massa Na2CO3 (F3) = 0,0234 kg/jam Laju massa total, m = 867,6973 kg/jam

Densitas Al2(SO4)3 = 2,71 gr/ml (Perry, 1999) Densitas Na2CO3 = 2,533 gr/ml (Perry, 1999)

Densitas air = 0,995 gr/ml (Perry, 1999)

Reaksi koagulasi:

Dari Metcalf & Eddy (1984) diperoleh bahwa untuk clarifier tipe upflow (radial):

- Kedalaman air = 3-5 m - Settling time = 1-3 jam

Dipilih : Kedalaman air (H) = 3 m Settling time = 1 jam

Diameter dan Tinggi Clarifier Densitas larutan, ρ = 37315 ,358937318 ,2322 995 ,68 + 1,8658 2710 + 1,0078 2533 = 995,7278 kg/m3 Volume cairan, V= 867,6973 kg jamx 1 jam 995,68 = 0,87 m 3 D = �4 � 0.87 3,14 � 3� 1/2 = 0,61 m Maka, diameter clarifier = 0,61 m Tinggi clarifier = 1,5 × D =1 m Tebal Dinding Tangki

Tekanan hidrostatik: Phid = ρ × g × h

= 995,7278 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3 m = 29,2744 kPa

Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa

P = 29,2744 kPa + 101,325 kPa = 130,5994kPa Faktor kelonggaran = 5%

Maka, Pdesign = (1,05) × (130,5994) kPa = 137,1294 kPa

Joint eFticiency = 0,8 (Brownell & Young, 1959) Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa(Brownell & Young, 1959) Tebal shell tangki :

t =

PD

2SE−1,2P

= (137,1294 kPa )x (0,61 m)

2(87.218,714 kPa)(0,8)−1,2(137,1294 )

Faktor korosi = 1/8 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0236 in + 1/8 in = 0,1486 in

Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell & Young, 1959) Daya Clarifier

P = 0,006 D2 (Ulrich,

1984)

dimana: P = daya yang dibutuhkan, kW

Sehingga, P = 0,006 × (0,61)2 = 0,0022 kW = 0,003 hp = ¼ hp Dipilih daya motor standar 0,25 hp.

LD.10 Pompa Clarifier (P-205)

Fungsi : Memompa air dari Clarifier ke Tangki Utilitas melaluiSand Filter (SF)

Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- Temperatur = 30°C

- Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3 (Geankoplis, 2003)

- Viskositas air (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft⋅s (Geankoplis, 2003)

Laju alir massa (F) = 867,6306 kg/jam = 0,5313 lbm/detik Debit air/laju alir volumetrik = 0,0085 ft3/s

Di,opt = 0,78 in

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1 in

- Schedule number : 40

- Diameter Dalam (ID) : 1,049 in = 0,0874 ft - Diameter Luar (OD) : 1,315 in = 0,11 ft - Luas penampang dalam (At) : 0,006 ft2 Kecepatan linier : v = 1,4166ft/s Bilangan Reynold : NRe = 15391,8169

Karena NRe > 2.100, maka aliran dalam pipa adalah aliran turbulen. Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 - ε/D = 0,0017, diperoleh f = 0,0065

Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,0156 ft.lbf/lbm 2 elbow 90°: hf = 0,0467 ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = 0,0623 ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft: Ft = 0,2783 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,0311 ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 0,9308 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

1 2∝(� 2_{− �}1_{) +} � ��(�2− �1) + P2−P1 � +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2 P1 = 2727,6399 lbf/ft² P2 = 3135,5192 lbf/ft² ΔP/ρ = 6,562 ft.lbf/lbm Tinggi pemompaan , ΔZ = 50 ft Ws = 57,493ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi pompa 80 %, maka: Ws = - η × Wp

57,493 = - 0,8 x Wp Wp = 71,866 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 0,069HP

Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/4 hp. LD.11 Sand Filter (SF-210)

Fungsi : Menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari Clarifier (CL)

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

Temperatur = 30°C Tekanan = 1 atm

Laju massa air = 867,6306 kg/jam

Densitas air = 995,68 kg/m3 (Geankoplis, 2003) Faktor keamanan = 20%

Sand filter dirancang untuk penampungan 1 jam operasi.

Sand filter dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki

Desain Sand Filter Volume air (Vs) =

867,6306 kg

jam x 1 jam 995,68 kg /m3

= 0,8714 m3

Volume air dan bahan penyaring: Vt = (1 + 1/3) × 1,0456 = 1,3941 m3 Faktor kelonggaran = 20 %

Volume tangki = 1,2 x Vs = 1,2 x 0,8714m3 = 1,0456 m3

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3 : 4 V=1 4πD 2_H 1,3941 m3=1 4πD 2_�4 3D� Maka : D = 1,1342 m ; H = 5,671 m c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 1,1342 m

Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1 Tinggi tutup = 1/4 x 5,671 m = 1,4177 m

Tinggi tangki total = 5,671 + 2(1,4177) = 8,5064 m

d. Tebal shell dan tutup tangki

Tinggi penyaring = 1/4 x 5,671= 1,4177 m Tinggi cairan dalam tangki = 0,8714 m

3

P air =ρ x g x h = 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 4,7262m = 46,11 kPa Ppenyaring = ρ × g × l = 2089,5 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 1,4177 m = 29,03 kPa

Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

P = 46,11 kPa + 29,03 kPa + 101,325 kPa = 176,465kPa Faktor kelonggaran = 5%

Maka, Pdesign = (1,05) (176,465 kpa) = 185,288kPa

Joint eFticiency = 0,8 (Brownell, 1959)

Allowable stress = 12,650 psia = 87.218,714 kPa (Brownell, 1959) Tebal shell tangki:

t= PD 2SE-1,2P = (185,288kPa)x (1,1342 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8)-1,2( 185,288kPa) = 0,0015 m = 0,059 in Faktor korosi = 1/8 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,059 in + 1/8 in = 0,184 in

Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell & Young,1959)

Tutup terbuat dari bahan yang sama dengan dinding tangki dan ditetapkan tebal tutup 1/4 in.

LD.12 Tangki Utilitas (S-220)

Fungsi : Menampung air sementara untuk didistribusikan ke unit lain Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283, Grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm

Laju massa air = 867,6306 kg/jam

Densitas air = 995,68 kg/m3 (Perry, 1997)

Kebutuhan perancangan = 6 jam Faktor keamanan = 20% Desain Tangki

Perhitungan : a. Volume Tangki

Volume air, (Va) =

867,6306 kg jam x 6 jam 995,68 kg/m3 = 5,22 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki = 1,2 x Vl = 1,2 x 5,22 m3 = 6,264 m3

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 2 : 3 V=1 4π D2 H 6,264 m3=1 4π D2 �3₂D� 6,264 m3 = 3 8�� 3 Maka : D = 1,9465 m ; H = 5,8395 m Tinggi air dalam tangki =5,22 m

3

6,264 m3 x 5,8395 m = 4,866 m b. Tebal dinding tangki

Tekanan hidrostatik =ρ x g x h

= 996,24 x 9,8 x 2,528 = 24683,885 Pa = 24,684 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 5%

Maka, Pdesign = 1,05 x (148,805 kpa) = 156,2452kPa

−Joint eFticiency (E) : 0,8

−Allowable stress (S) : 12,650 psia = 87.218,714 kPa Tebal shell tangki:

t= PD 2SE-1,2P = (156,2452 kPa)x (1,9465 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8)-1,2(156,2452 kPa) = 0,0021 = 0,086 in Faktor korosi = 1/8 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,086 in + 1/8 in = 0,211 in

Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell & Young,1959) LD.13 Tangki Pelarutan Kaporit [Ca(ClO)2] (M-212)

Fungsi : Untuk membuat larutan kaporit [Ca(ClO)2] Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 grade C

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

Jumlah : 1 unit

Kondisi Operasi :

Temperatur = 30oC

Tekanan = 1 atm

Ca(ClO)2yang digunakan = 2 ppm

Ca(ClO)2yang digunakan berupa larutan 70 % (% berat) Laju massa Ca(ClO)2 = 0,0014 kg/jam

Densitas Ca(ClO)270% = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry, 1997) Kebutuhan perancangan = 90 hari

Faktor keamanan = 20%

Perhitungan : a. Ukuran tangki

Volume larutan, Vl = 0,0014 �� ���� 24���ℎ���� 90 ℎ��� 0,7 � 1272 ��/�3 = 0,0033 m 3 Volume tangki, Vt = 1,2 x 0,0033m3= 0,004 m3

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (D : H) = 2 : 3 V=1 4π D2 H 0,004 m3=1 4π D2 �3 2D� 0,004 m3=3 8π D3 Maka : D = 0,16 m ; H = 0,48 m

Tinggi air dalam tangki (h) =(0,0033)(0,48)

(0,004) = 0,4 m b. Tebal dinding tangki

Tekanan hidrostatik = ρ x g x h

= 1272 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,4 m = 4,9862kPa

Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

Faktor kelonggaran = 5%

PT = 4,9862kPa + 101,325 kPa = 106,311 kPa

Maka, Pdesign = 1,05 x (106,311 kpa)

= 111,6265 kPa

−Joint eFticiency (E) : 0,8 (Brownell, 1959) −Allowable stress (S) : 12,650 psia = 87.218,714 kPa(Brownell, 1959)

tebal shell tangki:

t= PD 2SE-1,2P = ( 111,6265kPa)x (0,16 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8)-1,2(111,6265 kPa) = 0,00012 m = 0,0047 in Faktor korosi = 1/8 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0047 in + 1/8 in = 0,1297 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in

c. Daya pengaduk

Jenis pengaduk :flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (McCabe, 1993), diperoleh :

Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 0,14 = 0,05 m=0,15 ft E/Da = 1 ; E = 0,05 m L/Da = ¼ ; L = ¼ x 0,05m = 0,01 m W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,05 m = 0,01m J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 0,14m = 0,01 m Dengan : Dt =diameter tangki Da = diameter impeller

E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det

Viscositas kaporit = 3,69.10−4 lbm/ft.detik (Othmer, 1967) Bilangan Reynold, NRe =�� (��) 2 � Pers. 3.4-1, Geankoplis, 1997) NRe =(79,4088 )(1)(0,15) 2 6,7194.10−4 = 2,82.10 3

NRe < 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunaka rumus: P = ��.�3 ��5 � ����� KT = 6,3 P =6,3 (1 ���/���) 3 _{.(0,05 � 3,2808 ��)}5 _{(79,4088 ���/��3)} (2,82.103_{)(32.17 ���.}�� ���.���2) x 1 ℎ� 550 �����/��� = 8,84.10−10 hp

Efisiensi motor penggerak = 80% Daya motor penggerak =8,84.10−

10

0,8 = 1,105.10

−9 _hp

LD.14 Pompa Kaporit (P-209)

Fungsi : Memompa larutan kaporit dari tangki pelarutan kaporit(M- 212) ke Tangki Utilitas (S-221)

Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

- Temperatur = 30°C

- Densitas kaporit (ρ) = 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3 (Perry, 1999) - Viskositas kaporit (μ) = 6,7197.10-4 cP = 4,5156.10-7 lbm/ft⋅detik (Kirk & Othmer, 1978)

Laju alir massa (F) = 0,0014 kg/jam = 8,5735.10-7 lbm/detik

Perhitungan spesifikasi pompa kaporitanalog dengan perhitungan spesifikasi pompa screening, diperoleh hasil :

Debit air/laju alir volumetrik, Q = 1,0796.10-8 ft3/s Di,opt = 0,0128 in

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1/8 in

- Schedule number : 40

- Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,02 ft = 0,0068 m - Diameter Luar (OD) : 0,405 in = 0,03 ft

- Luas penampang dalam (At) : 0,0004 ft2 Kecepatan linier : v = 2,699.10-5 ft/s Bilangan Reynold : NRe = 94,9261

Karena NRe < 2.100, maka aliran dalam pipa adalah aliran laminar. Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,0067 m ε/D = 0,0067, diperoleh f = 0,1685

Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 5,66.10-12ft.lbf/lbm 2 elbow 90°: hf = 1,698.10-11ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = 2,2641.10-11ft.lbf/lbm

Pipa lurus 30 ft: Ft = 3,27.10-9ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 1,132.10-11ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 7,4259.10-9ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

1 2∝(� 2_{− �}1_{) +} � ��(�2− �1) + P2−P1 � +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2 P1 = 118,0008 lbf/ft² P2 = 16,7084 lbf/ft² ΔP/ρ = -1,276ft.lbf/lbm Tinggi pemompaan , ΔZ = 20 ft Ws = 18,724ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi pompa 80 %, maka: Ws = - η × Wp

18,724 = - 0,8 x Wp Wp = 23,406ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 3,64.10-7 HP

Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.

LD.15 Tangki Utilitas (S-221)

Fungsi : Menampung air untuk keperluan domestik Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283, Grade C

Kondisi operasi :

Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm

Laju massa air = 500 kg/jam

Densitas air = 995,68 kg/m3 (Perry, 1997)

Kebutuhan perancangan = 24 jam Faktor keamanan = 20% Desain Tangki

a. Volume Tangki Volume air (Va) =

500 kg jam x 24 jam 995,68 kg/m3 = 12,052 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 x Va = 1,2 x 12,052 m3 = 14,4624 m3 Diameter tangki

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 2 : 3 V=1 4π D2 H 14,4624 m3=1 4π D2 �3 2D� 14,4624 m3=3 8π D3 Maka : D = 2,57 m ; H = 5,14 m Tinggi air dalam tangki (h) =12,052 m

3

14,4624 m3 x 5,14 m = 4,28 m b. Tebal dinding tangki

Tekanan hidrostatik = ρ x g x h

= 995,68 x 9,8 x 4,28 m = 41,7628kPa

Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

Faktor kelonggaran = 5%

PT = 41,7628kPa + 101,325 kPa = 143,0878 kPa

Maka, Pdesign = 1,05 x (143,0878 kpa) = 150,2422 kPa

−Joint eFticiency (E) : 0,8 (Brownell, 1959)

tebal shell tangki: t= PD 2SE-1,2P = ( 150,2422kPa)x ( 3,203 m) 2(87.218,714 kPa)(0,8)-1,2(150,2422 kPa) = 0,00277 m = 0,12 in Faktor korosi = 1/8 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,12 in + 1/8 in = 0,245 in Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell & Young,1959) LD.16 Pompa Air Domestik (P-210)

Fungsi : Memompa air dari Tangki Utilitas (S-210) ke kebutuhan domestik

Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

- Temperatur = 28°C

- Densitas air (ρ) = 999,990 kg/m3 = 62,427 lbm/ft3 (Perry, 1999) - Viskositas air (μ) = 0,0006 lbm/ft⋅detik (Perry, 1999) Laju alir massa (F) = 2470,298 kg/jam = 1,513 lbm/detik

Perhitungan spesifikasi pompa air domestik (PU-15) analog dengan perhitungan

spesifikasi pompa screening (P-201), diperoleh hasil : Debit air/laju alir volumetrik, Q = 0,024 ft3/s = 0,0007 m3/s Di,opt = 0,034 m = 1,323 in

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1 in

- Schedule number : 40

- Diameter Dalam (ID) : 1,049 in = 0,0874 ft = 0,0266 m - Diameter Luar (OD) : 1,315 in = 0,1096 ft

- Luas penampang dalam (At) : 0,006 ft2 Kecepatan linier : v = 4,039 ft/s

Karena NRe > 2.100, maka aliran dalam pipa adalah aliran turbulen. Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,000046 m ε/D = 0,0017, diperoleh f = 0,007

Friction loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,127ft.lbf/lbm 3 elbow 90°: hf = 0,570ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = 0,507ft.lbf/lbm Pipa lurus 40 ft: Ft = 3,248ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,254ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 4,706ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

1 2∝(� 2_{− �}1_{) +} � ��(�2− �1) + P2−P1 � +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2 P1 = P2 = 2116,2281 lbf/ft² Tinggi pemompaan , ΔZ = 30 ft Ws = -30,254 ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi pompa 80 %, maka: Ws = - η × Wp

-30,254 = - 0,8 x Wp Wp = 37,817ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 0,1040hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,25 hp. LD.17 Pompa Cooling Tower (P-206)

Fungsi : Memompa air dari tanki utilitas ke unit-unit proses Jenis : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

- Temperatur = 28°C

- Densitas air (ρ) = 999,990 kg/m3 = 62,427 lbm/ft3 (Perry, 1999) - Viskositas air (μ) = 0,0006 lbm/ft⋅detik (Perry, 1999)

Laju alir massa (F) = 139,202 kg/jam = 0,085 lbm/detik

Perhitungan spesifikasi pompa ke menara air (PU-08) analog dengan perhitungan

spesifikasi pompa screening (P-201), diperoleh hasil : Debit air/laju alir volumetrik, Q = 0,001 ft3/s = 0,0004 m3/s Di,opt = 0,009 m = 0,363 in

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 2 in

- Schedule number : 40

- Diameter Dalam (ID) : 2,067 in = 0,172 ft = 0,053 m - Diameter Luar (OD) : 2,375 in = 0,198 ft

- Luas penampang dalam (At) : 0,023 ft2 Kecepatan linier : v = 0,059 ft/s

Bilangan Reynold : NRe = 1563081,697

Karena NRe > 2.100, maka aliran dalam pipa adalah aliran turbulen.