SPESIFIKASI PERALATAN
2. Storage Tank CH 3 COOH (ST-102)
Fungsi : Menyimpan Bahan Baku Asam Asetat cair. Kondisi Operasi
Temperatur desain = 50 oC Temperatur fluida = 35 oC Tekanan = 1 atm
Tipe Tangki : Silinder vertikal dengan dasar datar (flat bottom) dan
atap (head) berbentuk torispherical flanged and dished
head.
Bahan : Carbon Steel SA-203 Grade C
Pertimbangan :
CH3COOHdisimpan dalam tangki torispherical flanged and dished
head karena tangki ini merupakan bejana yang mampu menyimpan
fluida cair pada tekanan 15 psig (1 atm) – 200 psig (13,6 atm).
Carbon Steel SA-203 Grade C digunakan karena Mempunyai
allowable stress cukup besar (Appendix D, Item 4, B & Y). Selain
itu Carbon Steel merupakan bahan yang tahan terhadap korosi
(Tabel 4-28 Ulrich) dan memiliki Tensile strength nya besar
(Appendix D, Item 4, B & Y)
l. Menentukan Temperatur dan Tekanan Penyimpanan
Tabel C.9. Konstanta Tekanan Uap Masing-masing komponen
Komponen A B C D E
CH3COOH 64,083 -8981,1000 -16,8450 0 0
H2O 29,8605 -3.152,2000 -7,3037
2,4247E-
09 1,8090E-06 Sumber : Yaws, Carl L. Dengan cara trial tekanan pada temperatur 50 oC, maka diperoleh hasil sebagai berikut:
Tabel C.10. Hasil perhitungan tekanan fluida di dalam tangki
Komponen Kg/Jam Kmol/Jam Zi Log
Po Po (mmHg) Ki=P o /P Y = Ki*Xi CH3COOH 2419,814 40,6422 0,9674 -
5,9803 1,046E-06 5,166E-08 4,9984E-08
H2O 24,2074 1,2337 0.0326 1,9114 81,539677 4,025795 0,1311333
Total 2443,7424 41,8760 1 0,1311
T = 50 oC P = 0,0236 atm
Sehingga desain tangki dilakukan pada kondisi: T = 50 oC
P = 1 atm + 0.0236 atm = 1,0236 atm
= 15,0830 psi
m. Menghitung densitas campuran
Tabel C.11. Konstanta Densitas Masing-masing Komponen
Komponen A B Tc n
CH3COOH 0,3518 0,2695 592,7100 0,2684
H2O 0,3471 0,2740 647,1300 0,2857
Dengan T = 50 oC = 323,15 K
Tabel C.12. Perhitungan Densitas Campuran
Komponen Kg/Jam Kmol/Jam wi ρ (kg/m3) wi/ρ
CH3COOH 2419,814 40,6422 0,9900 1032,6259 0,0010 H2O 22,2074 1,2337 0,0100 1018,2706 0 Total 2441,9409 41,8760 1 0,0010 liquid = liquid = 1032,4803 kg/m3 = 64,4555 lb/ft3
n. Menghitung Kapasitas Tangki
waktu tinggal = 15 hari
Jumlah CH3COOH = 2419,814 kg/jam x 24 jam x 15 hari = 871.133,0399 kg
=
= 499.1743 m3 = 233.369,5697 ft3
Over Design = 20 % (Peter and Timmerhaus, 1991,hal. 37) Vtangki = (100/80) x Vliquid
= (100/80) x 499.1743 m3 = 451,6850 m3
= 15.950,5244 ft3
Vtangki = Vshell + Vtutup
= ¼ π D2 H + 0,000049 D3+ ¼ π D2 sf Atangki = Ashell + Atutup
= (¼ π D2+ π D H) + 0,84β D2 Keterangan :
D = diameter tangki, in
sf = straight flange, in (dipilih sf = 3 in)
Berdasarkan Tabel 4-27 Ulrich 1984, dimana :
D Hs
< 2 (Ulrich, 1984)
Rasio H/D yang diambil adalah rasio yang memberikan luas tangki yang paling kecil. Hasil trial rasio H/D terhadap luas tangki dapat dilihat pada Tabel C.10. berikut.
Tabel C.13. Hasil Trial Hs/D Terhadap Luas Tangki
trial H/D D (ft) H (ft) A (ft2) Vsilinder , ft3 Vhead, ft3 Vsf, ft3 Vtotal (ft3) 1 0.4 34.03882232 13.61552893 3340.363229 12383.77994 3339.361193 227.38338 15950.525 2 0.5 32.07665005 16.03832502 3289.429996 12954.08311 2794.517517 201.92388 15950.525 3 0.6 30.50133715 18.30080229 3266.394134 13365.26406 2402.682883 182.57757 15950.525 4 0.62 30.2214997 18.73732982 3264.091077 13434.1249 2337.156819 179.24279 15950.525 5 0.64 29.95167528 19.16907218 3262.404231 13499.35402 2275.114059 176.05643 15950.525 6 0.66 29.69125278 19.59622684 3261.281877 13561.23243 2216.283869 173.00821 15950.525 7 0.68 29.43967307 20.01897769 3260.677486 13620.01287 2160.422873 170.08877 15950.525 8 0.7 29.19642335 20.43749634 3260.549097 13675.92321 2107.311684 167.28961 15950.525 9 0.71 29.07777345 20.64521915 3260.651406 13702.86727 2081.724549 165.93269 15950.525 10 0.72 28.96103229 20.85194325 3260.858781 13729.1695 2056.752016 164.603 15950.525 11 0.73 28.84614675 21.05768713 3261.167034 13754.85266 2032.372191 163.29966 15950.525 0.74 28.73306578 21.26246867 3261.572176 13779.93845 2008.564208 162.02185 15950.525 13 0.76 28.51212317 21.66921361 3262.658083 13828.39972 1962.585084 159.5397 15950.525 14 0.78 28.29783405 22.07231056 3264.088124 13874.7078 1918.666109 157.1506 15950.525 15 0.8 28.08985527 22.47188422 3265.836432 13919.00364 1876.671777 154.84909 15950.525 16 0.9 27.13421858 24.42079672 3278.591687 14114.45533 1691.577015 144.49217 15950.525 17 1 26.29679746 26.29679746 3296.483261 14275.06982 1539.743582 135.71111 15950.525
18 1.1 25.55415198 28.10956718 3317.967607 14409.42869 1412.941686 128.15413 15950.525 Dari tabel diatas terlihat bahwa rasio Hs/D yang memberikan luas tangki yang
paling kecil yaitu 0,6-0,8.
Sehingga untuk selanjutnya digunakan rasio Hs/D = 0,7. D = 29,1964 ft = 350,3571 in = 8,8992 m Dstandar = 35 ft (420 in) H = 20,4375 ft = 245,2500 in = 6,2294 m Hstandar = 24 ft (288 in) Cek rasio H/D : Hs/D = 30/43 = 0,6977 (Memenuhi)
p. Menentukan Tinggi Cairan di dalam Tangki
Vshell = ¼ π D2 H = ¼ π (35 ft)2.24 ft = 23.079,0000 ft3 Vdh = 0,000049 D3 = 0,000049 (35)3 = 2,1009 ft3 Vsf = ¼ π D2 sf = ¼ π.(420)2.3 = 415.422 in3
= 240,4063 ft3 Vtangki baru = Vshell + Vdh + Vsf
= 23.079 + 2,1009 + 240,4063 = 23.321,5071 ft3
= 15.434,7163 m3 Vruang kosong = Vtangki baru - Vliquid
= 23.321,5071 – 12.760,4195 = 10.561,0876 ft3
Vshell kosong = Vruang kosong– (Vdh + Vsf)
= 10.561,0876 – (2,1009 + 240,4063) = 10.318,5805 ft3
Hshell kosong = =
= 10,7304 ft Hliquid = Hshell– Hshell kosong
= 24 – 10,7304 = 13,2696 ft
q. Menenetukan Tekanan desain
Ketebalan shell akan berbeda dari dasar tangki sampai puncak. Hal ini karena
tekanan zat cair akan semakin tinggi dengan bertambahnya jarak titik dari permukaan zat cair tersebut ke dasar tangki. Sehingga tekanan paling besar adalah tekanan paling bawah. Tekanan desain dihitung dengan persamaan : Pabs = Poperasi + Phidrostatis
camp = 999,0738 kg/m3 = 62,3700 lb/ft3 Phidrostatis =
=
= 5,9396 psi
Pabs = 15,0830 psi + 5,9396 psi = 21,0225 psi
Tekanan desain 5 -10 % di atas tekanan kerja normal/absolut (Coulson, 1988 hal. 637). Tekanan desain yang dipilih 10 % diatasnya. Tekanan desain pada courses ke-1 (plat paling bawah) adalah:
Pdesain = 1,1 x Pabs
= 1,1 x 21,0225 psi = 23,1248 psi = 6,205 atm
Berikut ini adalah tabel perhitungan tekanan desain untuk setiap courses :
Tabel C.14. Tekanan Desain Masing-masing Courses
Course H (ft) HL (ft) Phid (psi) Pabsolut(psi) P(psi) desain 1 24.0000 13.2696 5.9396 21.0225 23.1248 2 18.0000 7.2696 3.2539 18.3369 20.1706 3 12.0000 1.2696 0.5683 15.6513 17.2164 4 6.0000 -4.7304 -2.1173 12.9656 14.2622
r. Menentukan Tebal dan Panjang Shell
Tebal Shell
Untuk menentukan tebal shell, persamaan yang digunakan adalah :
ts = (Brownell & Young,1959.hal.256) keterangan :
ts = Tebal shell, in
P = Tekanan dalam tangki, psi f = Allowable stress, psi
d = Diameter shell, in
E = Efisiensi pengelasan c = Faktor korosi, in
Dari Tabel Appendix D, item 4 & 13.2 pada 200 oF, Brownell and Young, 1959 diperoleh data :
f = 12.650 psi
E = 75 % (single-welded butt joint without backing strip, no radiographed)
C = 0,125 in/10 tahun (tabel 6, Timmerhaus,1991:542) Menghitung ketebalan shell (ts) pada courses ke-1:
ts =
= 0,6376 in (1,3 in)
Tabel C.15. Ketebalan shell masing-masing courses
Courses H (ft) Pdesain (psi) ts (in) ts(in) standar 1 24.0000 23.1248 0.6376 1.3000 2 18.0000 20.1706 0.5720 1.2000 3 12.0000 17.2164 0.5065 1.1000
4 6.0000 14.2622 0.4410 1.0000
Panjang Shell
L = (Brownell and Young,1959) Keterangan :
L = Panjang shell, in
Do = Diameter luar shell, in
n = Jumlah plat pada keliling shell
weld length = Banyak plat pada keliling shell dikalikan dengan banyak sambungan pengelasan vertikal yang diizinkan.
= n x butt welding
Menghitung panjang shell (L) pada courses ke-1 :
ts = 1,3 in
Do = Di + 2.ts
= 420 + (2 x 1,3) = 422,6 in
n = 4 buah
butt welding = 5/32 in (Brownell and Young,1959,hal. 55)
weld length = 4 x 5/32 in = 0,6250 in
L =
= 27,6321 ft
Tabel C.16. Panjang shell masing-masing courses.
Course ts, (in) do (in) L (ft)
1 1.3000 422.6000 27.6321
2 1.2000 422.4000 27.6190
3 1.1000 422.2000 27.6059
s.Desain Head (Desain Atap)
Bentuk atap yang digunakan adalah torispherical flanged and dished head. Jenis head ini untuk mengakomodasi kemungkinan naiknya temperatur di dalam tangki, yang akan mengakibatkan tekanan didalam tangki menjadi naik. Torispherical flanged dan dished head ini, mempunyai rentang allowable pressuse antara 15 psig (1,0207 atm) sampai dengan 200 psig (13,6092 atm) sehingga dapat menyimpan liquid dengan baik (Brownell and Young, 1959).
OD ID A B icr b = tinngi dish a t r OA sf C
Gambar C.2 Torispherical flanged and dished head.
Dalam menentukan tebal head, persamaan yang digunakan yaitu :
th = (Brownell and Young, 1959,hal. 258):
Keterangan :
th = Tebal head (in)
P = Tekanan desain (psi) rc = Radius knuckle, in
icr = Inside corner radius ( in)
w = stress-intensitication factor E = Effisiensi pengelasan C = Faktor korosi (in)
untuk itu diperlukan nilai stress intensification untuk torispherical dished head
dengan menggunakan persamaan :
w = (Brownell and Young,1959.hal.258)
,dimana rc =Di (Perry, 1997, Tabel 10.65)
Diketahui : Di = rc = 420 in icr = 0,06 x 420 in = 25,2000 in Maka w = = 1.7706 in Sehingga th = = + 0,125 in
= 1,0315 in (dipakai plat standar 2,5 in)
Untuk th = 2,5 in, Dari Tabel 5.8 (Brownell and Young, 1959) diperoleh:
sf = 1,5 – 4,5 in (Direkomendasikan nilai sf = 3 in)
menentukan Depth of dish (b)
= = 71,1218 in
Menentukan Tinggi head (OA)
Hhead (OA) = th + b + sf (Brownell and Young,1959.hal.87)
OA = (2,5 + 71,1218 + 3) in
= 76,6218 in = 6,3851 ft
t. Menentukan Tinggi Total Tangki
Untuk mengetahui tinggi tangki total digunakan persamaan:
Htotal = Hshell + Hhead
= 24 ft + 6,3851 ft
= 46,6186 ft
u. Desain Lantai
Untuk memudahkan pengelasan dan memperhitungkan terjadinya korosi, maka pada lantai (bottom) dipakai plat dengan tebal minimal ½ in. Tegangan yang
bekerja pada plat yang digunakan pada lantai harus diperiksa agar diketahui apakah plat yang digunakan memenuhi persyaratan atau tidak (Brownell and Young, 1959).
Tegangan kerja pada bottom :
Compressive stress yang dihasilkan oleh Propanol.
S1 = (Brownell and Young,1959.hal.156)
Keterangan :
S1 = Compressive stress (psi)
w = Jumlah Propanol (lbm)
Di = Diameter dalam shell (in)
S1 =
Compressive stress yang dihasilkan oleh berat shell.
S2 = (Brownell and Young,1959.hal.156)
Keterangan :
S2 = Compressive stress (psi)
X = Tinggi tangki total = 46,6186 ft
ρs = Densitas shell = 490 lbm/ft3 untuk material steel
S2 =
= 103,3929 psi
Tegangan total yang bekerja pada lantai : St = S1 + S2
` = 5,9399 psi + 103,3929 psi
= 109,3327 psi
Batas tegangan lantai yang diizinkan :
St < tegangan bahan plat (f) x efisiensi pengelasan (E)
109,3327 psi < (12.650 psi) x (0,75) 109,3327 psi < 9.487,5 psi (memenuhi)
Tabel. C.17. Spesifikasi Tangki CH3COOH (TP-101)
Alat Tangki Penyimpanan bahan baku CH3COOH
Kode ST-102
Fungsi Menyimpan CH3COOH Cair
Bentuk Silinder tegak (vertikal) dengan dasar datar (flat bottom) dan atap (head) berbentuk torispherical. Kapasitas 871.133,0399 kg
Dimensi Diameter shell (D) = 60 ft Tinggi shell (Hs) = 30 ft Tebal shell (ts) = 1,7 in Tinggi atap = 7,7815 ft
Tebal head = 3 in
Tinggi total = 37,7811 ft = 11,5157 m Tekanan Desain 15,0830 psi
Bahan Carbon Steel SA-203 Grade C
Jumlah 1 (Satu)