Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Karbon Disulfida dari Arang Tempurung Kelapa dan Belerang dengan Kapasitas 17000 Ton/Tahun

(1)

LAMPIRAN A NERACA MASSA

Kapasitas Produksi : 15.000,00 ton/tahun

Basis Perhitungan :1 Jam Operasi

Satuan Massa :Kilogram

Satu Tahun Operasi : 300 hari

Satu Hari Operasi : 24 Jam

Produksi Karbon Sulfida = 15.000,00 ton

1 tahun x 1000 kg

1 ton x 1 tahun 300 hari x

1 hari 24 jam

= 2.083,3333 kg/jam

Berdasarkan data produksi tersebut dan proses-proses yang berlangsung maka akan

dibutuhkan data kapasitas bahan baku sebesar 66,74 kg/jam tempurung kelapa dan

735, 843 kg/jam sulfur.

Komposisi arang tempurung kelapa dapat dilihat pada tabel LA.1 dibawah ini

Tabel LA.1 :Asumsi kadar arang tempurung kelapa

Komponen Asumsi Kadar (%)

Karbon 76,32

Air 4,20

Abu 13,08

Nitrogen 0,11

Oksigen 6,29

(2)

LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101)

F1Arang tempurngkelapa

BE 101

F1

Arang Tempurung Kelapa

Keterangan : Fin = Fout = F1

F1 = 2.612,9827kg/jam

LA.2 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-101) Arang tempurung kelapa

F1

ArangTempurungKelapa

F1

F1 = 2.612,9827kg/jam

(3)

F1

F2 F3

Arang tempurung Arang tempurung kelapa

kelapa reject

Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85%.

Neraca Massa komponen :

Alur 1

F1Arang Tempurung = 0,7632 x 2.612,9827 = 1.994,228 kg/jam

F1Air = 0,042 x 2.612,9827 = 109,745 kg/jam

F1Abu = 0,1308 x2.612,9827 = 341,778 kg/jam

F1Nitrogen = 0,0011 x2.612,9827 = 2,874 kg/jam

F1Oksigen = 0,0629x 2.612,9827 = 164,357 kg/jam

Alur 3

F3Karbon = 1.994,228 x 0,85 = 1.695,094 kg/jam

F3Air = 109,745 x 0,85 = 93,283 kg/jam

F3Abu = 341,778 x 0,85 = 290,511 kg/jam

F3Nitrogen = 2,874 x 0,85 = 2,443 kg/jam

(4)

F3Oksigen = 164,357 x 0,85 = 139,703 kg/jam

Alur 2 F2 = F1 – F3

F2Karbon = 1.994,228 -1.695,094 = 299,134 kg/jam

F2Air = 109,745 -93,283 = 16,462 kg/jam

F2Abu = 341,778 -290,511 =51,267 kg/jam

F2Nitrogen = 2,874 -2,443 = 0,431 kg/jam

F2Oksigen = 164,357 -139,703 = 24,653 kg/jam

LA.4 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-101) F3

Arang Tempurung Kelapa

BC-101

F3ArangTempurungKelapa

F3total = 2221,035 kg/jam

LA.5 Kalsinasi ( RK-101 )

Air

(5)

F4

F3F5

ArangTempurungKelapa Karbon, Abu

Asumsi : Efisiensi alat 100% dikarenakan semua bahan yang bersifat volatil teruap

dengan sempurna, sehingga akan diperoleh karbon danabu pada alur 5 :

Neraca Massa Total :

F3 = F4 + F5

Neraca Massa Komponen :

Alur 3

F3Karbon = 1.695,094 kg/jam

F3Air = 93,283 kg/jam

F3Abu = 290,511 kg/jam

F3Nitrogen = 2,443 kg/jam

F3Oksigen = 139,703 kg/jam

Alur 4

F4Air =93,283 x 100% = 93,283 kg/jam

F4Nitrogen = 2,443 x 100% = 2,443 kg/jam

F4Oksigen = 139,703 x 100% = 139,703 kg/jam

Alur 5 F5 = F3 – F4

F5Karbon = 1.985,605 - 0 = 1.985,605 kg/jam

F5Abu = 290,511 - 0 = 290,511 kg/jam

(6)

F5Air = 93,283 - 93,283 = 0

F5Nitrogen = 2,443 - 2,443 = 0

F5Oksigen = 139,703 - 139,703 = 0

Karbon

Abu

BC-102

F5Karbon , Abu

F5total = 1985.605 kg/jam

LA.7 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-102) F6Sulfur

BE 102

F6Sulfur

(7)

Ss - 102

F6= 20,9038 kg/jam

LA.8 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-102)

Sulfur

F6

FR-102

F6Sulfur

F6 = 20,9038 kg/jam

LA.9 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-102) Sulfur

F6

F7 F8

(8)

Asumsi : Efisiensi alat pada Vibrating Screen adalah 85%

Neraca Massa total :

F6 = F7 + F8

Alur 6

F6sulfur = 20,9038 kg/jam

Alur 8

F8sulfur = 20,9038 x 0,85 = 17,7682 kg/jam

Alur 7 F7 = F6 – F8

F7sulfur reject = 20,9038 – 17,7682 = 3,1356 kg/jam

Sulfur

BC-103

F8Sulfur

(9)

LA.11 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-103) F8 Sulfur

BE 103

F8 Sulfur

F8 total = 17,7682 kg/jam

LA.12 Reaktor (R-101)

Sulfur

F8

F5Karbon F9Abu

(10)

Asumsi : efisiensi alat 80% sehingga 20% debu masih terdapat di alur 9

Neraca Massa Total :

F5 + F8 = F10 + F9

Di dalam reaktor dilakukan penambahana sulfur agar dapat bereaksi menjadi CS2 dengan reaksi :

C + 2S CS2 dimana penambahan sulfur sebanyak 20% dari total bahan volatil, untuk menggantikan bahan yang sudah menguap tersebut ( air, , nitrogen,

oksigen ).

Alur 5

F5karbon = 1.985,605 kg/jam

F5debu = 290,511 kg/jam

Alur 8 :

Total bahan yang bersifat Volatil = 235,429 kg/jam

F8sulfur = 0,2 x 235,429 = 47,0858kg/jam

Alur 9 :

F9debu = 0,8 x 290,511 = 232,4088kg/jam

Alur 10:

(11)

F10debu = 290,511–232,4088 = 58.1022 kg/jam

LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101)

F12

CS2Abu

F10 CS2

Abu F11

Asumsi :Efisiensi 98% sehinggadebusebagairesidumasihterikatsebesar 2%

padaproduk (alur 12).

Neraca MassaTotal :

F10 = F11 + F12

Alur 10

F10 karbon disulfida = 2.032,6908kg/jam

(12)

Alur 11

F11 debui = 58.1022x 98% = 56,9401 kg/jam

Alur 12

F12CS2 = F12CS2

F12karbon disulfida = 2.032,6908kg/jam

F12debu = 58.1022– 56,9401 = 1,1621 kg/jam

LA.14 Cooler (CO-101)

Di dalam Cooler 1 karbon disulfida didinginkan suhunyadari suhu 900 0C sampai 500 oC

Karbon Disulfida karbon disulfida

F12 F13

Neraca Massa Total : F12 = F13

2.032,6908kg/jam= 2.032,6908kg/jam

LA.15 Condensor (CD-101)

Di dalam Condensor karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi

25 - 300C.

Karbon Disulfida karbon disulfida

F14 F15

Neraca Massa Total : F14 = F15

Cooler

(13)

(14)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 Jam operasi

Temperatur Referensi : 25oC = 298,150K

Satuan : kj/jam

Tabel LB.1 Kapasitas Panas Fasa Gas CpgT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4

A B C d E

Nitrogen 29,41 -3,01.10-3 5,45.10-6 5,13.10-9 -4,25.10-12

Oksigen 29,88 -1,14.10-2 4,34.10-5 -3,70.10-8 1,01.10-11 Udara 28,94.10-3 0,415.10-5 0,319.10-8 -1,965.10-12 -

CS2 3,3099.101 1,0617.10-2 2,7593.10-4 3,4217.10-7 1,3029.10-10

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Tabel LB.2Kapasitas Panas Fasa Liquid CplT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4

a B C d E

H2O 1,82964.101 4,72118.10-1 -1,33878.10-3 1,31424.10-6 - CS2 1,7415.101 5,5453.10-1 1,7234.10-3 2,0757.10-6 -

Tabel LB.3Kapasitas panas solid CpsT0K = a + Bt

(15)

C 2,673 0,00261

S 3,63 0,00640

Abu 0,1800 0,000078

Tabel LB.4Panas Laten (kj/mol) ∆HVL

H2O 40656,2

CS2 26334,4

Tabel LB.5Entalpi Pembentukan (kj/mol) ∆H0f

CS2 117,0683

Perhitungan Kapasitas panas (Cp) :

Rumus yang digunakan adalah : A + BT + CT2 + DT3 +ET4 (Reklaitis, 1983)

1. Karbon

Pada 4000C = 673,150K

∫_298,15673,15�� = ∫_�� 2,673 + 0,00261 (673,15 – 298,15) - 116900

( 673,152 ₋_298,152 ₎ = 3,33080556 Kj/Kmol.K

(16)

(17)

7. Karbon Disulfida (CS2)

∫ ��_�� = ∫_�� 33,099 + 0,010617 (1173,15 – 298,15) - 0,00027593

2

(1173,152 – 298,152) + 3,4217 .10−7

3 (1173,15

3

– 298,153) + 1,3029.10−10

4

(1173,154 – 298,154)

= 462,574 Kj/Kmol.K

8. Abu

= 0,18 + 0,000078 (673,15)

= 0,23251 Kj/Kmol.K

Keterangan :

T = Temperatur Operasi

Tr = Temperatur Referensi

1. Rotary Kiln (RK-101)

Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan kandungan arang tempurung

kelapa yang bersifat volatil sehingga tersisa di dalam arang tempurung kelapa

hanyalah karbon dan debu.

4000C

Bahan Volatile

Tempurung kelapa ( H2O, O2, N2 )

4

4000C

3 5Karbon

ArangTempurungKelapaCS2 500oC Abu

A. Panas Masuk Alur 3

(18)

(19)

C. Panas Keluar Alur 4

Q4H2O = N4H2O ∫ ��

673,15 298,15

= 5,182388889 (73,53841147)

= 381,1046465 kj/jam

Q4Nitrogen = N4Nitrogen∫ ฀฀฀฀

673,15 298,15

= 0,1745 (32,21757233)

= 5,621966371 kj/jam

Q4Oksigen = N4Oksigen∫ ฀฀฀฀

673,15 298,15

= 8,7314375 (117,0841911)

= 1022,313297 kj/jam

Q4Total = 1409,03991 kj/jam

Dengan demikian, Qkeluar = Q5total + Q4total = 1885,171075 kj/jam

Sehingga,

dQ / dT = Q keluar – Q masuk

Qmasuk = Qkeluar

3493,37 + 1.250,6362 = 1718,838 + panas bahan keluar (500oC)

Panas bahan keluar = 2915,21 kJ/jam

Massa CS2 yang digunakan :

dQ/dT = m cp dt

2915,21 = m 70,04 (475)

m = 0,0876 kg/jam

(20)

Fungsi : tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada

temperatur 9000C dan tekanan 1 atm.

Sulfur

8

5000C9000C 9KarbonDebu 5

Karbon ,Debu

10Debu 9000C

A. Panas Masuk Alur 5 Alur 5 = 724,648 kj/jam

Alur 8 panas masuk pada 300C

Panas keluar pada alur 8, Q8 = ∑8_{฀฀฀฀฀฀}฀฀฀฀฀ (Reklaitis,1983) Q8Sulfur = N8sulfur ∫ ฀฀฀฀

303,15 298,15

= 0,5550875 (5,57016)

= 3,091926 kj/jam

Qmasuk = Q5 + Q8= 724,648 kj/jam + 3,091926 kj/jam = 727,739926 kj/jam

B. Panas Keluar Alur 9

(21)

Panas keluar pada alur 9, Q9 = ∑9 ฀฀฀฀฀

฀฀฀฀฀฀ (Reklaitis,1983)

Q9abu = N9abu ∫ ฀฀฀฀

1173,15 298,15

Q9Abu = N9Abu ∫ ฀฀฀฀

1173,15 298,15

= 19,3674 (0,2715057)

= 5,25835949 kj/jam

C. Pansa Keluar Alur 10

Panas keluar pada alur 10, Q10 = ∑10_{฀฀฀฀฀฀}฀฀฀฀฀ (Reklaitis,1983)

Q10K.Disulfida = N10K.Disulfida ∫ ฀฀฀฀

1173,15 298,15

= 26,697454 (462,574)

= 12349,54809kj/jam

Q10Abu = N10Abu ∫ ฀฀฀฀

1173,15 298,15

= 4,84185 (0,2715057)

= 1,31458987 kj/jam

Qkeluar = Q9total + Q10total = 12350,86268 kj/jam

Sehingga,

= 12350,86268 Kj / jam – 727,739926Kj / jan

= 11623,12275 Kj / jam

Reaksi : C + 2S CS2

(22)

Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut

adalah sebesar :

dQ/dT = 11623,12275Kj/jam

= 11623,12275Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec

= 3228,64Kw

3. Cooler (CO-101)

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur bahan dari 500 o C sampai temperatur 900C.

200C

Udara Pendingin

5000C 12KarbonDisulfida

KarbonDisulfida

900C600C UdaraPendinginBekas

A. Panas Masuk Pada Alur 12 dQ / dT (13) = 3494,875 kj/jam

B. Panas Keluar pada alur 14

(23)

dQ / dT (15) = NKarbon Disulfida(l) ∫ ฀฀฀฀

373,15 298,15

Massa BM N CpdT dQ/dT

CS2 1.742,180 76,138 22,88187239 42,46799815 971,7473142

Maka,

dQ / dT = Qkeluar - Qmasuk

= 971,7473142 kJ/jam - 10585,550 Kj/jam

= -9613,803 kJj/jam

Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur

14900C maka perlu digunakan udara pendingin. Temperatur udara pendingin yang digunakan 200C dengan Cp udara 0,0289 kJ/kg.K, 1 atm dan diasumsikan temperatur udara pendingin keluar 600C sebagai kondensat.Cp udara pada 600C adalah 0,0291 kj/kg.K.

Maka,

dQ/dT 12 = dQ/dT 13

3494,875 + (-0,145m) = 1309,046 + 1,0185m

m = 1878,67 kg/jam

Jumlah udara pendingin yang dibutuhkan adalah, m =1878,67 kg/jam

4. Condensor (CD-101)

Fungsi : untuk menurunkan temperatur produk dari 900C menjadi 250C dengan menggunakan air sebagai media pendingin.

20 oC

Air Pendingin

(24)

900C CS2 14 Karbon Disulfida 500C

250C CS2

A. Panas Masuk Pada Alur 13 dQ / dT (13) = 1309,046 kj/jam

B. Panas Keluar pada alur 14

Massa BM N CpdT dQ/dT

CS2 1.742,180 76,138 22,88187239 17,415 398,488

Maka,

dQ / dT = Qkeluar - Qmasuk

= 398,488 kJ/jam - 971,747 Kj/jam

= -573,260 kj/jam

Agar temperatur pada CD-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14

900C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan 200C, 1 atm dan diasumsikan temperatur air pendingin keluar 500C sebagai kondensat.Cp air pada 500C adalah 22.874 kj/kg.K. Maka,

dQ/dT 13 = dQ/dT 14

1309,046 + (-86,7m) = 606,479 +571,85m

m = 1,067 kg/jam

(25)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

1. Gudang bahan baku (G-101)

Fungsi :Menyimpan bahan baku arang tempurung kelapa,

direncanakan untuk kebutuhan 7 hari.

Bahan konstruksi : Beton

Bentuk : Persegi

Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30oC

Tekanan = 1 atm

Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam

Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari

= 438.981,0936 kg

Densitas arang tempurung,ρ = 400,475 kg/m3 (Perry,1984)

Volume arang tempurung, V = �

Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827kg/jam

Volume gudang = 1.315,3812m3

Panjang gudang = 13,8047m

(26)

Tinggi gudang = 6,9023m

Jumlah = 1 unit

2. Bucket Elevator (BE-101)

Fungsi : Mengangkut arang tempurung kelapa dari gudang

penyimpanan ke Rooler Mill (FR-101)

Jenis : Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator Bahan : Malleable-iron

Jumlah : 1 unit

Kondisi Operasi :Temperatur (T) = 300C Tekanan (P) = 1 atm

Laju bahan yang diangkut = 2.612,9827kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999)

Kapasitas bucket elevator = (1 + 0,12) x 2.612,9827kg/jam

= 2.926,5406kg/jam

Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999)

Spesifikasi :

o Tinggi elevator = 25 ft = 7,62 m

o Ukuran bucket = (6 x 4 x41/4) in o Arang Tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m

o Kecepatan Bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

o Kecepatan Putaran = 43 rpm

o Lebar belt : 7 in = 0,1778 m =17,78 cm

Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :

(27)

Dimana: P = daya (kW)

m = laju alir massa (kg/s)

∆Z = tinggi elevator (m)

m = 2.894,9601 kg/jam = 0,7258 kg/s

∆Z = 25 ft = 7,62 m

Maka :

P = 0,07 x (0,7258)0,63 x 7,62

= 0,4358 kW x 1,341 ℎ�

1 �� = 0,5845 hp

Kesimpulan perancangan :

Kebutuhan = 2.612,9827kg/jam

Daya motor = 0,5845hp

Jumlah = 1 unit

3. Rooler Mill (FR-101)

Fungsi : Memperkecil ukuran arang tempurung

kelapadarigudang penyimpanan (G-101) sebelum ke

unitRotary Kiln (RK-101).

Jenis : Double Toothed-Roll Crusher

Bahan Konstruksi : Stainless Steel

Kondisi Operasi : Temperatur (T) : 300C Tekanan (P) : 1 atm

Laju arang tempurung = 2.612,9827kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 20%

Kapasitas = (1 + 0,2) x 2.612,9827kg/jam

= 3.135,5792 kg/jam= 3.1355 ton/jam

(28)

• Diameter ukuran roll : 15,75 in = 1,31 ft

Kecepatan kritis =�76,6 � �

Kapasitas : 2.612,9827kg/jam

Daya motor : 5 Hp

Jumlah : 1 Unit

4. Vibrating Screen (SS-101)

Fungsi : Memisahkan arang tempurung kelapa dari

ukuranbesarmenjadi ukuran 20 mess

Jenis : Vibrating Screen

(29)

= ( 1 + 0,2 ) x 2.612,9827kg/jam

Dimana : Ct = laju bahan yang lewat = 2.612,9827kg/jam = 2.221,0352 ton/jam

Cu = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft2 (Perry,1999)

Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan :

(30)

Untuk kapasitas 2,6129ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985)

Kecepatan getaran : 3600 vibrasi/menit

Daya : 4 hp

Kesimpulan perancangan : Kapasitas : 2.612,9827kg/jam

Luas screen : 7,0206 ft2

Panjang : 0,8439 m

Lebar : 0,5626 m

Jumlah : 1 unit

5. Belt Conveyor (BC-101)

Fungsi : Mengangkut arang tempurung kelapa dari

vibratingscreen menuju rotary kiln

Jenis : Horizontal Belt Conveyor

Material : Commercial Steel

Temperature : 30 oC

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkat = 2.221,0352 kg/jam

Faktor kelonggaran = 30%

(Tabel 21-5, Perry, 1999)

Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 2.221,0352kg/jam

= 2.287,6662 kg/jam

= 2,2876 ton/jam

Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai

berikut : (Tabel 21-7, Perry, 1999)

• Lebar belt = 14 in = 35 cm

• Luas area = 0,11 ft2 = 0,010 m2

(31)

• Belt plies minimum = 3

• Belt plies maksimum = 5

• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit

• Daya motor yang digunakan = 0,30 Hp Perhitungan power yang dibutuhkan :

Hp = TPH [(H 0,0020) + (V 0,001)] C (Perry 3rded.p.13-55)

Keterangan : TPH = Kapasitas, ton/jam

H = jarak horizontal, ft

V = jarak vertical, ft

C = faktor bahan yang diangkut = 2 (Perry 3rded.p.13-56)

Jadi Hp = 2.221[(20 sin20 (0,001))+(20 cos 20 (0,002))] 2

= 2.221 [0,006+0,038] 2

= 0,30 hp

Kesimpulan perancangan :

Kapasitas = 2.221,0352kg/jam

Lebar belt = 14 inc

Kecepatan = 30,5 m/menitL

Kemiringan = 20o

6. Rotary Kiln

Fungsi : Untuk memanaskan arang tempurung

(32)

dalam arang tempurung kelapa dengan

pemanas hingga temperatur 4000C.

Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 400 oC

Tekanan : 1 atm

Laju bahan masuk = 2.221,0352kg/jam

Laju bahan keluar (produk) = 1985,606 kg/jam

Zat volatile yang diuapkan = 235,430 kg/jam

Suhu Feed = 30 oC

Suhu Produk = 400 oC

A. Perancangan Dimensi Rotary Kiln dan Bahan Konstruksinya a. Mencari diameter rotary kiln

2

D (Perrys edisi 3 hal.833)

Dimana :

Mc : laju bahan masuk (lb/jam)

= 2.221,0352kg/jam =4.442,0704 lb/jam

G : laju flue gas untuk rotary kiln

b. Menghitung volume Bahan

Bahan masuk = 2.221,0352kg/jam = 4.442,0704 lb/jam

(33)

Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit =0,5 jam

c. Menghitung volume selinder

Volume bahan dari rotary kiln = 3% - 12% dari volume rotary kiln

(ulrich, tabel 4-10 hal 132), maka didapat :

Volume bahan = 3% volume rotary kiln

4,24 m3 = 3% volume rotary kiln Volume rotary kiln = 141,33 m3 = 4.991,54 ft3

d. Menghitung panjang rotary kiln

V = (�/4) D2 L

e. Mencari tebal rotary kiln

Shell dari rotary kiln terbuat dari High Alloy Steel SA-240 Grade O type 405 stress allwable 14,700 psi (Brownel, hal 343), sedangkan untuk lasnya menggunakan double welded but joint 0,8 (Hesse, hal

(34)

C = faktor koresi = 1/16

Tensile stress yang diizinkan dengan rumus :

S = Su x fm x fr x fa x fs

Rotary kiln bekerja pada = 14,7 psi ρ steel = 489 lb/ft3

maka, diameter luar shell :

do = di + 2ts

= 58,44 + 2(0,65)

= 59,74 inch = 4,98 ft

f. Menentukan kecepatan rotary kiln

(35)

V = peripheral speed (ft/menit)

D = diameter luar rotary kiln = 4,98 ft

Dari perry’s ed 7 hal 12-56, diketahui kecepatan periphetal rotary kiln

(30-150) ft/menit diambil V = 95 ft/menit



Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln

Bahan konstruksi : High Aloy Steel SA 240 Grade O type 405

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 400 oC

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkut : 2.221,0352kg/jam

Laju bahan keluar (produk) : 1985,606

Zat volatile yang diuapkan : 235,430

Suhu Feed : 30 oC

7. Belt Conveyor (BC-102)

Fungsi : Mengangkut serbuk karbon dari Rotary Kiln

(36)

Temperature : 30 oC

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkat = 1.985,605 kg/jam

Faktor kelonggaran = 30% (Tabel 21-5, Perry, 1999)

Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 1.985,605kg/jam

= 2.581,2865 kg/jam

= 2,5813 ton/jam

• Luas area = 0,11 ft2 = 0,010 m2

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit • Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit = 91 m/menit

Daya motor yang digunakan = 0,30 Hp

8. Reaktor (R-101)

Fungsi : Mereaksikan karbon dengan

sulfurmenggunakan pemanas listrik temperatur

mencapai 9000C sehingga terbentuk karbon disulfida

Jenis : Selinder tegak dengan tutup atas berbentuk

standar dishead dan tutup bawah berbentuk

conical

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 900 oC

(37)

Laju bahan serbuk karbon = 1.985,605kg/jam

Laju bahan belerang = 20,904 kg/jam

Laju massa total = 1.985,605kg/jam + 20,904kg/jam

= 2.006,509 kg/jam

Densitas arang tempurung, � = 400,475 kg/m3 (Perry, 1984) Densitas belerang, � = 961,14 kg/m3 (Perry, 1984) Densitas campuran, :

�� = 1.985 ,6052.006,509 400 ,475 +

20,904 961 ,14

= 2.006,509

4,9581+0,0217 = 404,714 kg/m

3

Volume = 2.006,509 ��/��

404,714 ��/�3 = 4,95 m

3

Menghitung P design :

Phidrolisis = ��

a. Diameter dalam reaktor :

Perbandingan diameter : tinggi silinder = 1 : 1, h = D(Mauror Germany,1978)

Volume = �

(38)

Temperatur operasi = 9000C Temperatur luar = 250C ∆T = 9000C – 250C = 8750C

c. Menentukan tinggi selinder

Ls = 2di

= 2(2,133 m)

= 4,266 m

d. Menentukan tebal tanki

ts = ��.��

2(�.�−0,6��)+C

= 14,98 �� 83,976 ��

2(13800�0,8)−(0,6�14,98)+1/16

= 1257,96

22071 ,012+1/16

= 0,0570 + 1/16

= 0,1195 inc

e. Menentukan kebutuhan listrik pada reaktor

= 10591,13752 Kj / jam – 479,2239968 Kj / jan

= 10111,91352 Kj / jam

Reaksi : C + 2S CS2

Agar temperatur pada R-102 menjadi 9000C maka perlu digunakan energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101)

sebanding dengan dQ/dT. Maka besar energi listrik yang digunakan pada

Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar :

dQ/dT = 10111,91352 Kj/jam

= 10111,91352 Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec

(39)

9. Blower (BL-101)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfide dari reaktor

(R-101) ke cyclone (FG-(R-101)

Jumlah : 1 unit

Kondisi Proses : T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa : 1.785,757 kg/jam

Densitas karbon disulfide, : 19,064 kg/m3

Kapasitas blower = ��

� =

1.785,757 kg /jam 19,064 kg /m3

= 93,67 m3/jam Daya blower yang dibutuhkan

Efisiensi, Ef : 100%

Fungsi : Memisahkan debu dari karbon disulfida

Bahan Kontruksi : Stainless Steel, SA-316 grade C

Jenis Sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Digunakn cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut

(40)

• Lc = Panjang selinder = 1,5 Dc

Perhitungan besarnya Dc :

Laju alir =93,67

3600 = 0,0260 m

3

/s (Sinnott, 1983)

Bentuk cyclone mempunyai laju alir masuk antara 9 m/s hingga 27 m/s, dimana

asumsi laju alir masuk optimum didapat pada laju alir 9 m/s.

Luas aliran msuk (A1) pada 9 m/s =

0,0260

9 = 0,0028 m

2

Dari gambar 10.45 (b) pada Sinnott, 1983, nilai Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc

Maka luas aliran masuk,

0,0028 m2 = 0,75 Dc x 0,375 Dc 0,0028 m2= 0,28125 Dc2

Dc = 0,0099 m

Sehingga didapat harga :

(41)

11. Blower (BL-102)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon

(FG-101) menujurotary kiln

Jumlah : 1 unit

Kondisi Proses : T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa : 0,0876kg/jam

Densitas karbon disulfida, : 19,064 kg/m3

� =

0,0876 ��/�� 19,064 ��/�3

Efisiensi, Ef : 100%

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari rotary

kilnmenuju cooler

Jumlah : 1 unit

Kondisi Proses : T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa : 1.743,052 kg/jam

Densitas karbon disulfida, : 19,064 kg/m3

� =

1.743,052 ��/�� 19,064 ��/�3

Efisiensi, Ef : 100% Tekanan, P : 1 atm

(42)

=

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur gas karbon disulfida dari 500 o

C menjadi 90 oC

Jenis : 1-2 Shell & tube exchanger

Jumlah : 1 unit

Kapasitas panas, Q = 1130,130 kJ/jam = 1071,153 Btu/jam

Fluida panas :

a. Laju alir fluida masuk, F = 1.742,180 kg/jam = 3.484,36 lbm/jam

(43)

= 666

a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), cooler untuk fluida panas gases dan fluida

dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft20F, faktor pengotor (Rd)= 0,003. Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

A = �

b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah tube 118 dengan

(44)

A = L x Nt x a1

Fluida Panas – Shell Side 1. Flow area shell, As ;

5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 178,70F

Spesifik heat, C = 0,24 Btu/lbm0F (Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)

(45)

��.�

6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

ho = jH x �

Fluida Dingin – Tube Side 8. Flow area tube, At ;

Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft

(46)

12. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 1130F

Spesifik heat, C = 1 Btu/lb0F (Kern, 1965)

Konduktifitas thermal, k = 0,365 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)

��.�

13. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

ho = jH x _�� x ��_�.��1/3 x ∅�

14. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;

Uc = ℎ��ℎ�

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima Pressure Drop – Shell Side

16. Pada Res = 73073,685 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0013

17. perubahan tekanan , ∆� ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15₅� = 36 (Pers. 7.43 Kern, 1965) Ds = 8/12 = 0,66

∅ = �_��0,14 = 1

(47)

∆� = �.��2 .�� (�+1)

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima.

Pressure Drop – Tube Side

17. Pada Ret = 993,1868 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0005

18. Perubahan tekanan, ∆Pt ;

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diteima.

14. Kondensor (CD-101)

Fungsi : Menurunkan temperatur serta mengubah fase karbon

disulfida menjadi cair dengan temperature 900C menjadi 250C

Jenis : 1-2 Shell & tube exchanger

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 25 0C

(48)

Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan tabel 10, hal 841-843

Kapasitas panas, Q = 702,567 kj/jam = 665,902 Btu/jam

Fluida Panas :

Laju alir fluida masuk, F = 2.651,515 kg/jam = 5.845,590 lbm/jam

Tempeatur masuk, T1= 90 0C = 194 0F Tempeatur keluar, T2 = 250C = 77 0F

Fluida dingin :

Laju alir fluida masuk, F = 1067 kg/jam = 2.352,33 lbm/jam

(49)

∆t = LMTD x fT = 30,303 0F x 0,6

a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), condensor untuk fluida panas

gases dan fluida dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft20F, faktor pengotor (Rd)= 0,003. Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

A = �

b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 30 tube

dengan ID shell 8 in.

Fluida Panas – Shell Side 1. Flow area shell, As ;

As = �� ′��

144 �� (Pers. 7.1 Kern, 1965)

Dimana : IDs : diameter dalam shell = 8 in

(50)

PT : Tube pitch = 1 in

5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 775,80F

Spesifik heat, C = 0,26 Btu/lbm0F (Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)

Konduktifitas thermal, k = 0,0288 Btu/jam.ft 0F (App.2-6. Geankoplis)

��_�.��1/3 =�0.26

6. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ;

(51)

= 62,6566 Btu/jam.ft 0F

Fluida Dingin – Tube Side 1. Flow area tube, At ;

5. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 2210F Spesifik heat, C = 0,45 Btu/lb0F (Kern, 1965)

Konduktifitas thermal, k = 0,376 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)

��.�

(52)

ho = jH x �

7. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;

Uc = ℎ��ℎ�

Pressure Drop – Shell Side

9. ada Res = 66578,2463 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0015

(53)

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat

diterima.

Pressure Drop – Tube Side

11. Pada Ret = 9233,614 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f= 0,0003

12. Perubahan tekanan, ∆Pt ;

(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)

∆Pt = �.��2 .� .�

(Pers. 7.53 Kern, 1965)

= 0,0003 � (77149 ,275)2 �15�2

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Condensor dapat

diteima.

15. Pompa (P-101)

Fungsi : Mengalirkan Karbon disulfida cair dari kondensor

(CD-101) ke storage tank

Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan kontruksi : Commersial steel

Temperatur : 250C

Tekanan : 1 atm

(54)

Densitas, � = 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3 = 25,056 lbm/ft3

Dipilih material pipa commercial steel 2 in sch 40 (Ken, 1965), maka

Diameter dalam (ID) = 2,067 in = 0,1723 ft

Diameter luar (OD) = 2,38 in = 0,1983 ft

Luas penampang pipa (Ai) = 0,0233 ft2 (inside sectional area) b. Pengecekan Bilangan Reynold, NRe

Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :

v = �_� = 0,0647 ��3/�

Berdasarkan nilai NRe = 225,631yang merupakan jenis aliran laminar,

maka diperoleh :

f = 16/225,631 = 0,0709 (Geankoplis, 1979)

c. Panjang ekivalen total perpipaan (∑L)

(55)

(56)

= 122,289 ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi alat 80%, maka :

Tenaga pompa yang dibutuhkan = 0,36

0,8 = 0,45 hp (Geankoplis, 1983)

Maka dipilih pompa yang berdaya motor ½ hp

16. Storage Tank (T-101)

Fungsi : Untuk menyimpan karbon disulfida

Bentuk : Silinder Vertikal dengan dasar datar dan tutup

ellipsoidal

Bahan Kontruksi : Carbon steel C-SA-316

Jumlah : 2 unit

Temperatur : 25 0C

Tekanan : 1 atm

Kebutuhan perancangan = 7 hari = 168 jam

(57)

Direncanakan jumlah storage tank sebanyak 2 unit, sehingga volume

masing-masing tangki = 667,386 m3

b. Diameter dan tinggi shell

Direncanakan perbandingan diameter dengan silinder tangki D:H = 3 : 2

Volume shell tangki (Vs) :

Vs = 1

Tutup tangki ellipsoidal dengan rasio axis terhadap minor = 2 :1

Tinggi head, Hd = 1/6 x D (Brownell dan Young, 1959)

Sehingga desain tangki yang digunakan :

-Diameter tangki = 10,07 m = 396,457 in

-Tinggi silinder, Hs = 3

2 x D = 1,5 x 10,07 m = 15,11 m

-Tinggi tutup ellipsoidal, Hh = 1

(58)

d. Tekanan desain, P :

e. Tebal dinding tangki (bagian silinder), d :

Faktor korosi (C) = 0,0042 in/thn (Chuse & Eber, 1954)

Allowable working stress (S) = 16.250 lb/in2 (Brownell,1959) Efisiensi sambungan (E) = 0,85

Umur alat (A) direncanakan = 10 tahun

Tebal silinder (d) = ��

�.�−0,6� + (C x A) (Timmerhaus,2004)

Dimana : d = tebal tangki bagian silinder (in)

P = tekanan desain (psi)

R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2

S = stress yang diizinkan

E = efisiensi sambungan

d = 16,29 � 198,23

f. Tebal dinding head (tutup tangki), dh :

Faktor korosi (C) = 0,0042 in/thn (Chuse & eber,1954)

Allowable working stress (S) = 16250 lb/in2 (Brownell,1959) Efisiensi sambungan (E) = 0,85

Umur alat (A) direncanakan = 10 tahun

Tebal head (dh) = ��

2�.�−0,2� + (C x A) (Timmerhaus,2004)

Dimana :dh = tebal dinding head (in)

Di = diameter tangki (in)

(59)

E = efisiensi sambungan

d = 16,29 � 396,457

2(16250 � 0,85)−(0,2 � 16,29) + (0,0042 x 10)

= 6458 ,285 ��.��

27621 ,74�� + 0,042 in = 0,28 in

Maka dipilih tebal silinder = ½ in

17. Gudang bahan baku (G-102)

Fungsi : Menyimpan bahan baku belerang, direncanakan untuk

kebutuhan 7 hari

Bentuk : Persegi

Bahan konstruksi : Beton

Jumlah : 1 Unit

Temperatur : 30 oC

Tekanan : 1 atm

Kebutuhan belerang = 20,904 kg/jam

Kebutuhan belerang = 20,904 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari

= 3.511,872 kg

Faktor kelonggaran (fk) = 20%

(60)

18. Bucket Elevator (BE-102)

Fungsi : Mengangkut belerang dari gudang penyimpanan ke

Rooler Mill (FR-102)

Bentuk : Spaced-Bucket Centrifugal Discharge Elevator Bahan Kontruksi : Malleable-iron

Jumlah : 1 unit

Laju Alir : 20,904 kg/jam

Temperatur : 30 oC

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkut = 20,904 kg/jam

Kapasitas bucket elevator = 1,12 x 20,904 kg/jam =23,412 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :

- Tinggi elevator = 25 ft =7,62 m

- Ukuran bucket = (6 x 4 x 41/4 ) in - Arang tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m

- Kecepatan bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

- Kecepatan putaran = 43 rpm

- Lebar belt = 7 in = 0,1778 m = 17,78 cm

P = 0,07 m0,63 ∆Z (Timmerhaus, 2004)

Dimana : P = daya (kW)

m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) m = 20,904 kg/jam = 0,0234 kg/s

∆Z = 25 ft = 7,62 m Maka :

P = 0,07 x (0,0234)0,63 x 7,62

= 0,050 kW x 1,341 ℎ�

(61)

19. Roller Mill (FR-102)

Fungsi : Memperkecil ukuran belerang dari gudang

penyimpanan (G-102) sebelum ke unit Reaktor

(R-101).

Jenis : Double Toothed-Roll Crusher

Kondisi operasi : Temperatur (T) = 300C

Tekanan (P) =1 atm

Laju belerang = 20,904 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 1,2 x 20,904 kg/jam = 25,0848 kg/jam

= 0,25 ton/jam

Untuk Roller Mill kapasitas < 4 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut

(Tabel 12-8b Walas, 1988) :

• Diameter ukuran roll : 3 in = 0,25 ft

Kecepatan kritis =�76,6 � �

Daya pada skala laboratorium (Ne) = 22,26Hp (Perry, 1999) Diambil efisiensi = 70%

Kecepatan Mill (k) = Nm x D x 2,2046 x 10-3

20. Vibrating Screen (SS-102)

(62)

Jenis : Vibrating Screen

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 84,3089 kg/jam

Temperature : 30 oC

Ayakan yang dipilih : (Perry,1999)

(63)

A = 0,4.(0,0717

Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan :

Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L

Untuk kapasitas 0,0717 ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985)

Kecepatan getaran : 3600 vibrasi/menit

Daya : 4 hp

21. Belt Conveyor (BC-103)

Fungsi : Mentransfer belerang ke bucket elevator (BE-103)

Temperature : 30 oC

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkat = 17,768 kg/jam

Faktor kelonggaran = 30% (Class – D27 – Phosphate Rock)

(Tabel 21-5, Perry, 1999)

Kapasitas belt conveyor = 1,3 x 17,768 kg/jam = 23.0984 kg/jam

= 0,0239 ton/jam

• Luas area = 0,11 ft2 = 0,010 m2

(64)

• Daya motor yang digunakan = 0,44 Hp

22. Bucket Elevator (BE-103)

Fungsi : Mengangkut belerang menujuReaktor (R-101)

Jenis : Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator Bahan : Malleable-ion

Jumlah : 1 unit

Kondisi Operasi :- Temperatur (T) = 300C

Tekanan (P) = 1 atm

Laju bahan yang diangkut = 71,663 kg/jam

Kapasitas bucket elevator = 1,12 x 17,768 kg/jam= 19,90 kg/jam

Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam,(Tabel 21-8, Perry, 1999)

Spesifikasi :

- Tinggi elevator = 25 ft = 7,62 m

- Ukuran bucket = (6 x 4 x 41/4) in

- Arang Tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m

- Kecepatan Bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s

- Kecepatan Putaran = 43 rpm

- Lebar belt : 7 in = 0,1778 m =17,78 cm

P = 0,07 m0,63∆Z ( Timmerhaus,2004)

Dimana: P = daya (kW)

(65)

∆Z = tinggi elevator (m)

m = kg/jam = 0,0223 kg/s

∆Z = 25 ft = 7,62 m

Maka :

P = 0,07 x (0,0223)0,63 x 7,62

= 0,0486 kW x1,341 ℎ�

(66)

LAMPIRAN D

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

(67)

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

(68)

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

Bahan konstruksi : stainless steel

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

(69)

20 mm

20 mm 2 m

2 m

Gambar LD. 1 Spesifkasi screening

Misalkan, jumlah bar = x

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

(70)

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

0,006

(71)

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 = 0,2783ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = 0,0311ft.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

(72)

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)

Fungsi : untuk mengendapkan lumpur yang terikut dengan air.

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,

(73)

Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi :

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

1991)

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

Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : ∆h = K v2

(74)

)

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

Jumlah : 1 unit

Laju alir massa = 867,6306 kg/jam = 0,5313 lbm/detik

Laju alir volumetric, Q = �_ρ = 0,5313

Ukuran Spesifikasi Pompa :

(75)

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

Total friction loss : ΣF = 0,9900 ft.lbf/lbm

1 2∝(�

2_{− �}1_{) +} �

��(�2− �1) + P2−P1

(76)

dimana : v1 = v2

P1 = P2

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

Ws = - η × Wp

-30,990 = - 0,8 x Wp

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

(77)

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

Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 2 : 3

V=1

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

(78)

= 10,4187kPa

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

PT = 10,4187kPa + 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)

= 0,0004 m = 0,01574 in

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:

(79)

• (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) = ��

NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:

P= KT.n

EFtisiensi motor penggerak = 80%

Daya motor (Pm) =0,0036

0,8 = 0,0045 HP

(80)

LD.6 Pompa Alum (P-203)

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

ke Clarifier (CL)

Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

- 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

(81)

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:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,00000004ft.lbf/lbm

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 = 0,00000010ft.lbf/lbm

1 2∝(�

2_{− �}1_{) +} �

��(�2− �1) + P2−P1

P1 = 2333,8283 lbf/ft²

P2 = 2727,6399 lbf/ft²

Ws = 24,6282 ft.lbf/lbm

Ws = - η × Wp

(82)

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

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

a. Ukuran tangki

(83)

Volume tangki, Vt = 0,051 m3

D = 0,84 m ; H = 1,68m

b. Tebal dinding tangki

Tinggi cairan dalam tangki = 186,705 m

Tekanan hidrostatik, Phid = 18,2 kPa

Poperasi = 101,325kPa

Pdesain = 125,5012kPa

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

(84)

Bilangan Reynold, NRe = 3,56.104

KT = 6,3

P = 0,0013 hp

Efisiensi motor penggerak = 80%

Daya motor penggerak =0,0013 / 0,8= 0,0016 hp

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)

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

- 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

(85)

- Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,02 ft

- Luas penampang dalam (At) : 0,0004 ft2

Kecepatan linier : v = 0,000422 ft/s

Bilangan Reynold : NRe = 2819,6516 (tubulen)

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

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

Friction loss:

2 elbow 90°: hf = 0,000000041 ft.lbf/lbm

1check valve: hf = 0,000000055ft.lbf/lbm

Total friction loss: ΣF = 0,000000318 ft.lbf/lbm

Dari persamaan Bernoulli:

1 2∝(v

2 ₋_v1_{) +} g

gc

(z₂−z1) +

P₂−P₁

ρ +�F + Ws = 0

dimana : v1 = v2

P1 = 2496,345 lbf/ft²

(86)

ΔP = 2,7919ft.lbf/lbm

ΔZ = 20 ft

maka: Ws = 22,7919ft.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)

(87)

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

Reaksi koagulasi:

Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2

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,

Maka, diameter clarifier = 0,61 m

(88)

Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa

P = 29,2744 kPa + 101,325 kPa = 130,5994kPa

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 ) = 0,0006 m = 0,0236 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)

(89)

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

- 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

- Ukuran nominal : 1 in

- Diameter Dalam (ID) : 1,049 in = 0,0874 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.

(90)

- ε/D = 0,0017, diperoleh f = 0,0065

Friction loss:

2 elbow 90°: hf = 0,0467ft.lbf/lbm

1check valve: hf = 0,0623ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = 0,0311 ft.lbf/lbm

Total friction loss: ΣF = 0,9308 ft.lbf/lbm

1 2∝(�

2_{− �}1_{) +} �

��(�2− �1) + P2−P1

P1 = 2727,6399 lbf/ft²

P2 = 3135,5192 lbf/ft²

ΔP/ρ = 6,562 ft.lbf/lbm

Ws = 57,493ft.lbf/lbm

Ws = - η × Wp

57,493 = - 0,8 x Wp

Daya pompa, P = 0,069HP

(91)

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)

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

(92)

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

1,0456 m3 x 5,671 m = 4,7262 m

P air =ρ x g x h

= 995,68 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 4,7262m = 46,11 kPa

Ppenyaring = ρ × g × l

(93)

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)

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

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

(94)

Kondisi operasi :

Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm

Laju massa air = 867,6306 kg/jam

Densitas air = 995,68 kg/m3 (Perry, 1997) Kebutuhan perancangan = 6 jam

Desain Tangki Perhitungan : a. Volume Tangki

Volume air, (Va) =

867,6306 kg