PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
C.8 Tangki Netralisasi (TK-103)
Fungsi : Tempat melarutkan bakteri dan NaHCO3 dalam kotoran ayam. Tipe : Tangki berpengaduk
Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan : Commercial steel Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi:
Temperatur = 30oC
Tekanan = 1 atm
Laju alir massa = 13556,250 kg/jam Densitas campuran = 1017,521 kg/m3
Viskositas, μ = 0,824 cP = 0,000824
Laju alir volumetrik, Q = 101 ,521 kg/m kg/jam3 = 13,323 m3/hari Faktor kelonggaran = 20 %
Kebutuhan perancangan = 1 jam Ukuran tangki :
Volume bahan = 1 x 13,323 m3/jam
= 13,323 m3 = 13,5 m3 Volume tangki = (1 + 0,2) x 13,323 m3
= 15,987 m3 = 16 m3
Direncanakan perbandingan tinggi silinder tangki dengan diameter tangki, Hs : Dt = 3 : 2.
Vs 14 D2 H Vs 14 D2 32 D
Vs 38 D3
Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio 1 : 1, sehingga: Volume tutup (Vh) ellipsoidal /4 Dt2 x Hh
/4 Dt2 x 1/6 Dt /24 Dt3 Vt = Vs + Vh Vt 3/8 Dt3 /24 Dt3 Vt 10 /24 Dt3 Dt = 4,941 m = 5 m Tinggi silinder (Hs) = 3/2 Dt = 7,411 m
Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 Dt = 0,823 m
Tinggi tangki (HT) = Hs + Hh = 7,411 m + 0,823 m = 8,234 m
Tinggi bahan dalam tangki volume bahanvolume tangki tinggi tangki
= m3
m3 8,234 m
= 6,176 m = 6,5 m Tekanan desain:
Tekanan hidrostatik, P ρ g tinggi bahan dalam tangki = 1017,521 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,176 m
= 61581,552 Pa = 61,582 kPa
Tekanan desain, Pdesain = (1 + 0,2) x (61,582 kPa) = 195,488 kPa
= 1,929 atm = 28,353 Psia Tebal dinding tangki :
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304. Dari Brownell & Young, Item 4, Appendix D, diperoleh data:
- Allowble working stress (S) = 18.750 Psia - Effesiensi sambungan (E) = 0,8
- Faktor korosi 1/8 in ………..(Timmerhaus, 1980)
Tebal dinding silinder tangki: t 2 SE 1,2 PPD CA t = 2 18. 50 Psia 0,8 Psia 22,89 12 - (1,2 23,315 Psia) 1 8in 10 tahun t = 1,510 in
Tebal standar yang digunakan adalah 1,5 in. Perancangan sistem pengaduk:
Jenis : flat 6 blade turbin impeller
Baffle : 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 0,5 rps (Geankoplis, 1997) Efisiensi motor : 80%
Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut: (Mc Cabe, 1994) Da : Dt = 1 : 3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5 L : Da = 1 : 4 E : Da = 1 : 1 Jadi:
Diameter impeller (Da) = 1/3 Dt = 1,647 m = 2 m
Lebar baffle (J) = 1/12 Dt = 0,412 m = 0,5 m
Lebar daun impeller = 1/5 Da = 0,329 m = 0,5 m
Panjang daun impeller = ¼ Da = 0,412 m = 0,5 m
Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 1,647 m = 2 m Daya untuk pengaduk:
Bilangan Reynold (NRe) N Da 2 ρ
μ
= = 1674502,897
Dari gambar 3.4-5 (Geankoplis, 1997) diperoleh Np = 3
P Np ρ N3
x Da5 (Mc Cabe, 1994)
= 4621,935 watt = 6,198 HP
Efisiensi motor : 80%
Daya motor = 6,198 HP/80 % = 4,958 HP Maka digunakan daya 5 HP.
C.9 Pompa F ermentor (P-101)
Fungsi : Memompa bahan dari Tangki Netralisasi(TK-103) menuju fermentor
Bentuk : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel
Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:
Temperatur = 30oC
Tekanan = 1 atm
Laju alir massa = 13556,250 kg/jam = 8,302 lbm/s Densitas = 1017,521 kg/m3 = 63,522 lbm/ft3
Viskositas, μ = 0,824 cP = 0,001 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q = lbm/s
3,522 lbm/ft
= 0,131 ft3/s Faktor kelonggaran = 20 % Perencanaan diameter pipa pompa: Untuk aliran turbulen (Nre >2100),
De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 (Walas, 1988) Untuk aliran laminar,
De = 3,0 × Q0,36 × μ0,18 (Walas, 1988) dengan :
D = diameter optimum (in)
ρ densitas (lbm/ft3 ) Q = laju volumetrik (ft3/s)
Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Di,opt = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13
= 3,9 x 0,1310,45 x 63,5220,13 = 2,678 in
Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 3 1/2 in
Schedule number : 40 s
Diameter Dalam (ID) : 3,548 in = 0,296 ft Diameter Luar (OD) : 4 in = 0,333 ft
Inside sectional area : 0,069 ft2 Kecepatan linear, v = Q/A
= 0,131 ft3/s / 0,069 ft2 = 1,902 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = ρ v ID
μ
= 3,522 1,902 0,29
0,001
= 64526,442 (turbulen)
Untuk pipa commercial steel dengan D = 3,5 in, (fig 2.10-3 Geankoplis,1997)
diperoleh harga ε 4, 10-5
; pada NRe = 64526,442 dan ε/D 1,314 x10 -5. Kekerasan Relatif = ID =
= 1,296 x 10 -5 Dari (fig 2.10-3 geankoplis, 1983) diperoleh f = 0,012
Kehilangan karena gesekan (friction loss): 1 sharp edge entrance (hi) = 0,55
= 0,55 = 4,760 ft 3 elbow 900C (hf) = n . kf. = 8,870 ft 1 check valve (hf) = n . kf. = 2,957 ft
Pipa lurus 30 ft (Ft) = 30 ft 1 sharp edge exit (he) =
= 19,025 ft Total friction loss (Σf)
Total friction loss (Σf) = L1 + L2 + L3 + L4+ L5
= 4,760 ft + 8,870 ft + 2,957 ft + 30ft + 19,025 ft = 65,612 ft Faktor gesekan, 0,150 Efisiensi pompa, η = 80 % Wf = 33,769 ft.lbf/lbm Daya pompa : = 0,510 hp = 0,5 hp C.10 F ermentor (R-101)
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi kotoran ayam yang telah dicacah dengan bantuan bakteri.
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Commercial steel
Waktu tinggal : 6 hari
Kondisi pelarutan: - Temperatur : 900C - Tekanan : 1,14 atm Laju alir massa = 13556,25 kg/hari
Densitas = 1214,403 kg/m3 Viskositas : 0,824 cP
Laju alir volumetrik = 11,163 kg/hari Kebutuhan perancangan = 6 hari Faktor keamanan = 20%
Perhitungan: a. Volume bahan, = = 1,324 m3 = 1,5 m3 Faktor kelonggaran 20 %
Volume tiap tangki,Vt = (1 + 0,2) x 1,324 m3 = 1,588 m3 = 2 m3
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, Ds : Hs = 2 : 3 b. Diameter dan Tinggi Tangki
- Volume Shell tangki (Vs) :
Vs = Ds2Hs Asumsi : Ds : Hs = 2 : 3 Vs = Ds3
- Volume tutup tangki (Ve)
Ve = He Asumsi : Ds : He = 3 : 1 Ve = - Volume tangki (V) Vt = Vs + Ve Vt = 1,588 = Dt = 1,012 m = 1 m Hs = 1,518 m = 1,5 m c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki
= 1,012 m = 3,319 in
Tinggi head, He = x Dt
= 0,337 m
Jadi total tinggi tangki, Ht = Hs + He
d. Tebal Shell tangki t =
+ nC (Perry, 1997) dimana :
t = tebal Shell (in) P = tekanan desain (psia)
D = diameter dalam tangki (in)
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304.
Dari Brrownell & Young, Item 4, Appendix D, diperoleh data: - Allowble working stress (S) = 18.750 psi
- Effesiensi sambungan (E) = 0,8
- Faktor korosi 1/8 in ………..(Timmerhaus, 1980)
N = umur tangki = 10 tahun Volume bahan = 1,012 m3 Volume tangki = 1,588 m3 Tinggi larutan dalam tangki =
x 1,855 m = 1,546 meter Tekanan Hidrosatatik : = ρ x g x h = 1214,403 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,546 m = 18395,302 kPa = 2,667 psia Faktor keamanan = 20 %
Maka, Pdesain = 1,2 x (16,753 psia + 2,667 psia) = 23,305 psia Tebal shell tangki :
t =
+ nC
t =
+ 10 tahun x 0,0125 in/tahun t = 1,253 in = 1,5 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 1,253 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
(Brownell,1959) e. Tebal tutup tangki
Maka tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in (Brownell,1959)
f. Perancangan Sistem Pengaduk
Dt/Di 3, Baffel 4 ……….…………..….(Brown, 19 8)
Dt = 10,239 m
Kecepatan pengadukan, N = 1 rps Viskositas kotoran ayam = 0,824 Dimana:
Dt = Diameter tangki Da = Diameter impeller
l = Lebar impeller
E = Tinggi pengaduk dari dasar J = Lebar baffle
W = Lebar daun pengaduk
Densitas campuran = 1214,403 kg/m3 Jadi:
Diameter impeller (Da) = 1/3 Dt = 0,337 m = 0,5 m
Lebar baffle (J) = 1/12 Dt = 0,084 m = 0,1 m
Lebar daun impeller = 1/5 Da =0,067 m = 0,1 m
Panjang daun impeller = ¼ Da = 0,084 m = 0,1 m
Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 0,337 m = 0,5 m Bilangan Reynold,
= = = 167613,357
> 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus : P =
Berdasarkan fig 10,5c Walas(1990), untuk two blade paddle, four baffles
(kurva 10) dan = 167613,357 maka diperoleh Np = 3 P = 3.(1)3.(0,337)5.( 1017,521)
= 15,892 watt = 0,021 Hp
Efisiensi motor penggerak = 80 %
Sehingga daya yang digunakan sebesar 0,05 Hp g. Menghitung pemanas
Jumlah steam ( ) = 18,088 kg/jam
Densitas air pemanas = 5,16 kg/m3 (Geankoplis, 2003) Laju alir air pemanas (Qs) =
= 3,506 m 3
/jam
Diameter dalam jaket (d) = diameter dalam + (2 x tebal dinding) = (3,319) + 2 (1,253)
= 5,824 in = 0,148 m Tinggi jaket = tinggi reakor = 1,855 m = 2 m Asumsi tebal jaket = 5 in
Diameter luar jaket (D) = 15,824 in = 0,402 m = 0,5 m Luas yang dilalui air (A)
A = (D2- d2) = – 0,148) = 0,110 m2 Kecepatan air (v) V = = = 31,972 m/jam = 32 m/jam Tebal dinding jaket (tj)
Bahan Stainless Steel Plate tipe SA-340 PHidrostatis ρ g h
= 5,16 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,855 m = 0,094 kPa = 0,014 psia
Pdesign = 1,2 x (0,014 psia + 16,7534 psia) = 20,120 psia tj =
+ nC
tj =
+10 tahun x 0,125 in/tahun tj = 1,261 in = 1,3 in
C.11 Blower I (B-101)
Fungsi : Mengalirkan biogas dari fermentor memasuki kolom absorbsi (AB-101). Jenis : Blower sentifugal
Bahan Kontruksi : Carbon steel
Kondisi Operasi :
T = 300C
Laju alir Gas = 3170,981 kg/jam Laju gas, Q =
= 2,611 m3/jam
Daya blower dapat dihitung dengan persamaan, Effisiensi = 0,75 P = = = 0,009 Hp
Sehingga daya yang digunakan : 0,025 Hp
C.12 Absorbsi (AB-101)
Fungsi : mengikat CO2 yang terdapat pada biogas
Bentuk : Silinder tegak dengan tutup atas dan bawah ellipsoidal
Bahan : Plate steel SA-167,tipe 304 Jumlah : 1 unit
Gambar :
Kondisi Operasi : - Tekanan = 1 atm - Temperatur = 30 oC - Gas Masuk
Laju alir massa= 10145,266 kg/jam
Komponen F (kg) N (kmol) ρ (kg/ m3) CH4 840,808 52,551 0,720 CO2 2312,222 44,000 1,980 N2 9,045 0,323 0,090 H2S 8,905 0,262 1,540 H2O 6974,285 3597,091 1.000 Densitas campuran = 232,054 kg/m3 Kebutuhan perancangan = 1 hari Faktor keamanan = 20%
Perhitungan: Ukuran tangki:
Volume bahan = 232,054 kg/m kg/s3 = 43,719 m3/hr Volume tangki (Vt) = 1,2 x 43,719 m3 = 52,463 m3
Digunakan 5 buah tangki absorber = 52,463 / 5 unit = 10,493 m
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D : H = 2 : 3 V= D2H 10,493 m3 = D 2 D 10,493 m3 = D 3 D = 2,073 m Maka: D = 2,073 m = 6,802 ft H = 3,110 m = 10,20 ft
Tebal dinding tangki
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304. Dari Brrownell & Young, Item 4, Appendix D, diperoleh data:
- Allowble working stress (S) = 18.750 psi - Effesiensi sambungan (E) = 0,8
- Faktor korosi = 1/8 in (Timmerhaus, 1980) - Tekanan hidrostatik, ph = 1 atm = 14,7 psi
- Faktor keamanan tekanan = 20%
- Tekanan desain, P = 1,2 x (14,7 ) psi = 17,64 psi Tebal dinding silinder tangki:
t 2 SE 1,2 PPD CA t = 1 , 4 Psia ,802 ft 12 in/ft 2 18 50 psia 0,850- (1,2 1 , 4 Psia) 1 8in 10 tahun t = 1,269 in
Tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in
