: ,00 ton/tahun

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 2.612,9827 kg/jam.

Komposisi arang tempurung kelapa dapat dilihat pada tabel LA.1 dibawah ini Tabel LA.1 :Asumsi kadar arang tempurung kelapa

LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101) F1Arang tempurngkelapa

BE 101

F1

Komponen Asumsi Kadar (%)

Karbon 76,32 Air 4,20 Abu 13,08 Nitrogen 0,11 Oksigen 6,29 Total 100

Arang Tempurung Kelapa

Keterangan : Fin = Fout = F1

F1 = 2.612,9827 kg/jam

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

F1

ArangTempurungKelapa F1

Keterangan : Fin = Fout = F1

F1 = 2.612,9827 kg/jam

LA.3 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-101) Arang tempurung kelapa

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 x 2.612,9827 = 341,778 kg/jam F1Nitrogen = 0,0011 x 2.612,9827 = 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 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 Keterangan : Fin = Fout = F3 F3total = 2221,035 kg/jam LA.5 Kalsinasi ( RK-101 ) Air Volatile 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 F5Air = 93,283 - 93,283 = 0 F5Nitrogen = 2,443 - 2,443 = 0 F5Oksigen = 139,703 - 139,703 = 0

LA.6 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-102) F5 Karbon Abu BC-102 F5Karbon , Abu Keterangan : Fin = Fout = F5 F5total = 1985.605 kg/jam

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

Ss - 102

F6Sulfur

Keterangan : Fin = Fout = F6 F6= 20,9038 kg/jam

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

Sulfur F6 FR-102 F6Sulfur Keterangan : Fin = Fout = F6 F6 = 20,9038 kg/jam

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

F6

F7 F8

Sulfur Reject Sulfur

Asumsi : Efisiensi alat pada Vibrating Screen adalah 85%

Neraca Massa total : F6 = F7 + F8

Neraca Massa Komponen : 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

LA.10 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-103) F8 Sulfur BC-103 F8Sulfur Keterangan : Fin = Fout = F8 F8 total = 17,7682 kg/jam

LA.11 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-103) F8 Sulfur BE 103 F8 Sulfur Keterangan : Fin = Fout = F8 F8 total = 17,7682 kg/jam LA.12Reaktor (R-101) Sulfur F8 F5_{Karbon F}9_Abu Reaktor

F10_{KarbonDisulfida}

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 ).

Neraca Massa Komponen : 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 = 232,4088 kg/jam

Alur 10 :

F10karbon disulfida = 1985,605+ 47,0858 = 2032,6908 kg/jam F10debu = 290,511 – 232,4088 = 58.1022 kg/jam LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101)

F12

CS2Abu

Abu F11

Asumsi : Efisiensi 98% sehingga debu sebagai residu masih terikat sebesar 2% pada produk (alur 12).

Neraca MassaTotal : F10 = F11 + F12

Neraca Massa Komponen : Alur 10

F10 karbon disulfida = 2.032,6908kg/jam F10 debu = 58.1022 kg/jam Alur 11

F11 debui = 58.1022 x 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

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

LA.15 Condensor (CD-101)

Di dalam Condensor karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi 25 - 300C.

Karbon Disulfida karbon disulfida

Cooler

F14 F15 Neraca Massa Total : F14 = F15

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 - (Sumber : Reklaitis, 1983)

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

A B

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

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Tabel LB.5Entalpi Pembentukan (kj/mol) ∆H0

f

CS2 117,0683

(Sumber : Reklaitis, 1983)

Perhitungan Kapasitas panas (Cp) :

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

1. Karbon Pada 4000_{C = 673,15}0_K

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= ∫ 2,673_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 + 0,00261 (673,15 – 298,15) - 116900 ( 673,152 _{− 298,15}2 ₎ = 3,33080556 Kj/Kmol.K 2. Air, H2O

∫ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 =

_{∫ 18,2964}

_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 + 0,472118 (673,15 – 298,15) - 0,0013388 2 (673,15 2 _– 298,152_{) +} 1,3142.10−6 3 (673,15 3 _{– 298,15}3₎ = 73,5384115 Kj/Kmol.K 3. Abu Cp = 0,18 + 0,000078 T = 0,18 + 0,000078 (673,15) = 0,2325057 Kj/Kmol.K 4. Nitrogen

∫ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 =

∫ 29,4119

𝐶𝐶 𝐶𝐶𝑇𝑇 – 0,00300681 (673,15 – 298,15) + 5,45−6 2 (673,152 – 298,152)+5,13186.10 −9 3 (673,15 3 – 298,153) – 4,2531.10−12 4 (673,15 4 – 298,154) = 32,21757233 Kj/Kmol.K 5. Oksigen

∫ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 =

∫ 29,8832

𝐶𝐶 𝐶𝐶𝑇𝑇 – 0,011384 (673,15 – 298,15) + 4,33779−5 2 (673,152 – 298,152)–3,7006.10 −8 3 + (673,15 3 – 298,153) + 1,01006.10−11 4 (673,15 4 – 298,154) = 117,0841911 Kj/Kmol.K Pada 9000C = 1173,150K 6. Sulfur (S) = 3,63 + (0,0064) (303,15) = 5,570 Kj/Kmol.K 7. Karbon Disulfida (CS2)

∫ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 = ∫ 33,099_{𝐶𝐶𝑇𝑇}𝐶𝐶 + 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 CS2 ( H2O, O2, N2 ) 4 4000C 3 5Karbon ArangTempurungKelapaCS2 500oC Debu

A. Panas Masuk Alur 3

Panas masuk pada alur 3, Q3 ₌

∑

3

_{𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶}

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 (Reklaitis, 1983) Alur 3 Q3 karbon = N3karbon

∫

_298,15303,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 11,771 (3,330805561) = 39,20691 kj/jam Q3 Abu = N3Abu

∫

_298,15303,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 2,0175 (0,2325057) = 0,46908 kj/jam Q3 H2O = N3H2O

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 0,287 (73,53841147) = 21,105 kj/jam Q3 Nitrogen = N3Nitrogen

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 0,0124642 (32,21757233) = 0,4015 kj/jam Q3 Oksigen = N3Oksigen

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 0,5456 (117,0841911) = 63,88113 kj/jam Kalsinasi

Q3 _{Total = 1250.6362 kJ/jam} B. Panas Keluar Alur 5 pada 5000_C

Panas keluar pada alur 4 dan 5, Q=

∑

_{𝑚𝑚𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚𝑇𝑇}

𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑁𝑁

(Reklaitis,1983) Alur 5 Q5_{total = Q}5 karbon + Q5Debu Q5 karbon = N5karbon

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 141,2578333 (3,330805561) = 470,5023768 kj/jam Q5 Abu = N5Abu

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 24,20925 (0,2325057) = 5,628788618 kj/jam Q5 Total = 476,1311655 kj/jam C. Panas Keluar Alur 4

Q4 H2O = N4H2O

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 5,182388889 (73,53841147) = 381,1046465 kj/jam Q4 Nitrogen = N4Nitrogen

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 0,1745 (32,21757233) = 5,621966371 kj/jam Q4 Oksigen = N4Oksigen

∫

_298,15673,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 8,7314375 (117,0841911) = 1022,313297 kj/jam Q4 Total = 1409,03991 kj/jam

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

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

2. Reaktor ( R-101)

Fungsi : tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada temperatur 9000_{C dan tekanan 1 atm.}

Sulfur 8

5000C9000C 9 Karbon Debu

5 Karbon ,Debu

10 Debu 9000C

A. Panas Masuk Alur 5 Alur 5 = 724,648 kj/jam Alur 8 panas masuk pada 300_C

Panas keluar pada alur 8, Q8 ₌

∑

8

_{𝑁𝑁𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶}

𝑚𝑚𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚𝑇𝑇 (Reklaitis,1983)

Q8

Sulfur = N8sulfur

∫

_298,15303,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 0,5550875 (5,57016) R-101

= 3,091926 kj/jam

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

= 727,739926 kj/jam

B. Panas Keluar Alur 9

Panas keluar pada alur 9, Q9 ₌

∑

9

𝑁𝑁𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

𝑚𝑚𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚𝑇𝑇 (Reklaitis,1983) Q9abu = N9abu

∫

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

1173,15 298,15 Q9 Abu = N9Abu

∫

_298,151173,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 19,3674 (0,2715057) = 5,25835949 kj/jam C. Pansa Keluar Alur 10

Panas keluar pada alur 10, Q10 ₌

∑

10

_{𝑁𝑁𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶}

𝑚𝑚𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚𝑇𝑇 (Reklaitis,1983) Q10K.Disulfida = N10K.Disulfida

∫

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

1173,15 298,15 = 26,697454 (462,574) = 12349,54809 kj/jam Q10 Abu = N10Abu

∫

_298,151173,15

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

= 4,84185 (0,2715057) = 1,31458987 kj/jam

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

Sehingga,

dQ / dT = Q keluar – Q masuk

= 12350,86268 Kj / jam – 727,739926 Kj / jan = 11623,12275 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 = 11623,12275Kj/jam

= 11623,12275Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec = 3228,64 Kw

3. Cooler (CO-101)

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur bahan dari 500 o _{C sampai temperatur 90}0_C.

200C Udara Pendingin 5000C 12KarbonDisulfida Karbon Disulfida 900C 600C UdaraPendinginBekas

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

B. Panas Keluar pada alur 14

dQ / dT (15) = NKarbon Disulfida(l) ∫_298,15373,15𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 Massa BM N CpdT dQ/dT CS2 1.742,180 76,138 22,88187239 42,46799815 971,7473142 Maka, dQ / dT = Qkeluar - Qmasuk CO-101

= 971,7473142 kJ/jam - 10585,550 Kj/jam = -9613,803 kJj/jam

Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14900_C

maka perlu digunakan udara pendingin. Temperatur udara pendingin yang digunakan 200_{C dengan Cp udara 0,0289 kJ/kg.K, 1 atm dan diasumsikan}

temperatur udara pendingin keluar 600_{C sebagai kondensat.Cp udara pada 60}0_C

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

4. Condensor (CD-101)

Fungsi : untuk menurunkan temperatur produk dari 900_{C menjadi 25}0_{C dengan}

menggunakan air sebagai media pendingin.

20 oC Air Pendingin 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 14 900_C

maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan 200_{C, 1 atm dan diasumsikan temperatur air pendingin keluar 50}0_{C sebagai}

kondensat.Cp air pada 500_{C 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

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

=

𝑚𝑚_ρ

=

438.981,0936 kg

400,475 kg/m3 = 1.096,1510 m 3

Faktor kelonggaran (fk) = 20%

Volume gudang = (1+ 0,2) x 1.096,1510 m3 = 1.315,3812 m3

Gudang direncanakan beukuran p : l : t = 2 : 2 : 1 Volume gudang (V) = p x l x t = 2t x 2t x t = 4t3 Tinggi gudang (t)

=

�

𝑉𝑉 4 3

=

�

1.315,3812 4 3 = 6,9023 m Sehingga, panjang (p) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m Lebar (l) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m Kesimpulan perancangan :

Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam Volume gudang = 1.315,3812 m3 Panjang gudang = 13,8047m

Lebar gudang = 13,8047m

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 = 2.612,9827 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator = (1 + 0,12) x 2.612,9827 kg/jam

= 2.926,5406 kg/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) :

P = 0,07 m0,63∆Z ( Timmerhaus,2004)

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 ℎ𝐶𝐶 1 𝑚𝑚𝑘𝑘 = 0,5845 hp Kesimpulan perancangan : Kebutuhan = 2.612,9827 kg/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) : 300_C

Tekanan (P) : 1 atm Laju arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam Faktor kelonggaran, fk = 20%

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

= 3.135,5792 kg/jam= 3.1355 ton/jam Spesifikasinya Roller Milladalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) : • Diameter ukuran roll : 15,75 in = 1,31 ft • Face ukuran roll : 24,0 inch = 2 ft

• Berat balls : 2,4 lb = 1,09 kg

• Kecepatan roll : 200 rpm

• Kapasitas : 3-15 ton/jam

• Daya motor yang digunakan : 5 Hp Kecepatan kritis =

�

76,6 𝐷𝐷

�

1/2

=

�

76,6 0,25

�

1/2

=

17,5043 rpm

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

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

= 200 rpm x 1,31 x 2,2046 x 10-3

Daya penghancur (P) = (0,7 x l – 1) x k x (0,5D)2 x 22,26 = (0,7 x 2 – 1) x 0,578 x (0,5 x 0,25)2 x22,26 = 0,0303 kW x 1,341 = 0,0406 Hp Kesimpulan perancangan : 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

Bahan Konstruksi : Stainless Steel

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 30 o_C

Tekanan : 1 atm

Laju umpan (F) : 2.612,9827 kg/jam

Faktor kelonggaran,fk = 20% (Perry,1999)

Kapasitas vibrating screen = ( 1 + fk ) x F

= ( 1 + 0,2 ) x 2.612,9827 kg/jam = 3.135,5792 kg/jam

Ayakan yang dipilih : (Perry,1999)

• No ayakan = 18 (1,00 mm)

• Bukan ayakan = 1 mm = 0,0394 in • Diameter wire = 0,580 mm = 0,0228 in • Tyler equivalent = 16 mesh

Menghitung faktor bukaan-area (Foa), Foa = 100 a2.m2 Dimana : a = bukaan ayakan = 0,0394 in

d = diameter wire = 0,0228 in m = 1 𝑚𝑚+𝐶𝐶 , Foa = 100 a2

.

�

1 𝑚𝑚+𝐶𝐶

�

2

= 100 (0,0394)2.

�

1

(0,0394)+(0,0228)

�

2

= 40,125 %

Perhitungan luas screen (A), A

=

0,4𝐶𝐶𝑁𝑁

𝐶𝐶𝑚𝑚 .𝐹𝐹𝐹𝐹𝑚𝑚𝐹𝐹𝑚𝑚

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)

Foa = faktor bukaan-area = 0,4012

Fs = faktor slotted area = 1,5 (Perry,1999) A

=

0,4.(2,4606

𝑁𝑁𝐹𝐹𝑡𝑡 ℎ )

(0,32𝑁𝑁𝐹𝐹𝑡𝑡_ℎ .𝑓𝑓𝑁𝑁2)(0,4012)(1,5) = 5,1107 ft 2

Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan : Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L2 L =

�

𝐴𝐴 1,5

�

1/2 = 1,8458 ft = 0,5626 m P = 1,5 (0,5626 m) = 0,8439 m

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 o_C

Laju bahan yang diangkat = 2.221,0352 kg/jam Faktor kelonggaran = 30%

(Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 2.221,0352 kg/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 m}2

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit

• Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit = 91 m/menit

• 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 = 2.221,0352 kg/jam Lebar belt = 14 inc

Kecepatan = 30,5 m/menitL Kemiringan = 20o

Fungsi : Untuk memanaskan arang tempurung dan menguapkan gas-gas volatil yang terdapat dalam arang tempurung kelapa dengan pemanas hingga temperatur 4000_C.

Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 400 o_C

Tekanan : 1 atm

Laju bahan masuk = 2.221,0352 kg/jam Laju bahan keluar (produk) = 1985,606 kg/jam Zat volatile yang diuapkan = 235,430 kg/jam

Suhu Feed = 30 o_C

Suhu Produk = 400 o_C

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

2 / 1 G 4            = π Mc

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

= 0,5-5 kg/m2_dtk

= 400-4000 lb/ft2_{jam (Perry’s ed 7 hal 12-55)} 2 / 1 400 4 14 , 3 4.442,0704             = D = 3,76 ft

Diameter dalam Kiln = 3,76 ft = 1,48m b. Menghitung volume Bahan

Densitas bahan = 400,475 kg/m3 _{= 25,00lb/ft}3

Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit =0,5 jam

Berat bahan = 4.442,0704 lb/jam x 0,5 jam = 2.221,0352 lb Volume = berat bahan / densitas

      = 25,00 2.221,0352 V =88,84 ft3 = m3

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 ft}3

d. Menghitung panjang rotary kiln V = (𝜋𝜋/4) D2 _L             = 4,87 4 14 , 3 4.991,54 L L = 268,10 ft = 81,72 m Kecepatan solid :

Panjang / waktu tinggal = 81,72 m / 1800s = 0,0454 m/s 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 84)

C t +      = 0,6P -2S.e D x P Dimana, P = tekanan

D = diameter kiln = 4,87ft = 58,44 inch S = Allowlable stress

C = faktor koresi = 1/16 Tensile stress yang diizinkan dengan rumus : S = Su x fm x fr x fa x fs

Dimana, su = ultimate strength = 75.000 psi fm = material faktor = 0,97

fr dan fa = 1

fs = faktor korosi = 0,25 (Hesse, hal 84 tabel 4) Maka :

S = 75.000 x 0,97 x 1 x 1 x 0,25 = 18,187,95 psi Rotary kiln bekerja pada = 14,7 psi

ρ steel = 489 lb/ft3 Phidrostatik =       144 L x ρ =       144 81,72 x 3 / 489lb ft = 277,51 psi P total = P hidrostatik + P atmosfer

= 277,51 + 14,7 = 292,21 Sehingga, ts = _      292,21) x (0,6 -0,8) x 5 (2x18187,9 4,87 x 292,21 +       16 1 ts = 0,049 psi = 0,59 inc ts = 0,59 +       16 1 ts =       16 10,45 = 0,65 inch maka, diameter luar shell : do = di + 2ts

= 58,44 + 2(0,65) = 59,74 inch = 4,98 ft f. Menentukan kecepatan rotary kiln

Persamman :       = D x V π N Dimana :

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

      = 4,98 x 14 , 3 95 N = 6,08 = 6 rpm N x D = 6,08 x 4,98 = 30,25 Kesimpulan perancangan :

Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln Bahan konstruksi : High Aloy Steel SA 240 Grade O type 405

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 400 o_C

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkut : 2.221,0352 kg/jam Laju bahan keluar (produk) : 1985,606 Zat volatile yang diuapkan : 235,430

Suhu Feed : 30 o_C

Suhu Produk : 400 o_C

Waktu tinggal : 30 menit

Kemiringan : 1o Diameter : 3,76 ft = 1,48m Panjang : 268,10 ft = 81,72 m Tebal : 0,65 inch Kecepatan putaran ; 6 rpm 7. Belt Conveyor (BC-102)

Fungsi : Mengangkut serbuk karbon dari Rotary Kiln menuju reaktor (R101)

Material : Commercial Steel Temperature : 30 o_C

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 1.985,605 kg/jam

= 2.581,2865 kg/jam

= 2,5813 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 m}2

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit

• Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit = 91 m/menit

• Belt plies minimum = 3

• Belt plies maksimum = 5

• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit Daya motor yang digunakan = 0,30 Hp

8. Reaktor (R-101)

Fungsi : Mereaksikan karbon dengan sulfurmenggunakan pemanas listrik temperatur mencapai 9000_C

sehingga terbentuk karbon disulfida

Jenis : Selinder tegak dengan tutup atas berbentuk standar dishead dan tutup bawah berbentuk conical

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 900 o_C

Tekanan : 1 atm

Laju bahan serbuk karbon = 1.985,605 kg/jam Laju bahan belerang = 20,904 kg/jam

= 2.006,509 kg/jam

Densitas arang tempurung, 𝜌𝜌 = 400,475 kg/m3 _{(Perry, 1984)}

Densitas belerang, 𝜌𝜌 = 961,14 kg/m3 _{(Perry, 1984)}

Densitas campuran, :

𝜌𝜌𝑁𝑁 =

1.985,6052.006,509 400,475 + 20,904961,14

=

_{4,9581+0,0217}2.006,509 = 404,714 kg/m3 Volume = 2.006,509 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 404,714 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑚𝑚3 = 4,95 m3 Menghitung P design : Phidrolisis = 𝜌𝜌 𝑁𝑁𝑚𝑚𝑚𝑚𝐶𝐶𝑚𝑚𝑇𝑇𝑚𝑚𝑡𝑡 (ℎ𝑘𝑘𝑚𝑚𝑚𝑚 −1) 144 = 404,714 (8−1) 144

= 19,67 kg/m3 _{=0,280 psi}

Pdesign = Poperasi + Phidrolisis

= 14,7 + 0,280

= 14,98 psi = 1,0193 atm a. Diameter dalam reaktor :

Perbandingan diameter : tinggi silinder = 1 : 1, h = D(Mauror Germany,1978) Volume = 𝜋𝜋 4D2 x h 7,62 m3 ₌ 𝜋𝜋 4 D2 x D D =

�

4,95 𝑚𝑚3 0,785 3 = 2,509 m Tinggi reaktor : H = D = 2,509 m = 83,976 inc b. Luas penampang : A = 2

(

𝜋𝜋

)

𝐷𝐷 2 x h = 11, 2770 m 2

Temperatur operasi = 9000_C

Temperatur luar = 250_C

∆T = 9000_{C – 25}0_{C = 875}0_C

c. Menentukan tinggi selinder Ls = 2di

= 2(2,133 m) = 4,266 m

d. Menentukan tebal tanki ts = 𝑃𝑃𝑃𝑃.𝐶𝐶𝑃𝑃 2(𝑓𝑓.𝐸𝐸−0,6𝑃𝑃𝑃𝑃)+C = 14,98 𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃 𝑥𝑥 83,976 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑁𝑁 2(13800𝑥𝑥0,8)−(0,6𝑥𝑥14,98)+1/16 = 1257,96 22071 ,012+1/16 = 0,0570 + 1/16 = 0,1195 inc

e. Menentukan kebutuhan listrik pada reaktor dQ / dT = Q keluar – Q masuk

= 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 = 2808,86 kW

9. Blower (BL-101)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfide dari reaktor (R-101) ke cyclone (FG-101)

Jumlah : 1 unit

Kondisi Proses : T= 300_{C; P= 1 atm =1,013 bar}

Laju alir massa : 1.785,757 kg/jam Densitas karbon disulfide, : 19,064 kg/m3

Kapasitas blower = 𝐿𝐿𝑚𝑚𝑗𝑗𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑃𝑃𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

𝜌𝜌

=

1.785,757 kg/jam 19,064 kg/m3 = 93,67 m3_/jam

Daya blower yang dibutuhkan Efisiensi, Ef : 100% Tekanan, P : 1 atm Daya = 4 10 570 , 1 x − x Qf 𝑥𝑥 𝑃𝑃 𝐸𝐸𝑓𝑓

=

4 10 570 , 1 x − x 93,67 𝑥𝑥 14,7 1 = 0,2161 Hp 10. Cyclone ( FG -101)

Fungsi : Memisahkan debu dari karbon disulfida Bahan Kontruksi : Stainless Steel, SA-316 grade C

Jenis Sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kondisi Operasi : - Temperatur = 9000C Tekanan = 1 atm

Laju alir karbon disulfide = 1.742,180 kg/jam Laju alir debu = 43,577 kg/jam Total laju masuk =1.785,757 kg/jam

Densitas karbon disulfida,

𝜌𝜌

= 19,064 kg/m3 (Perry, 1997) Laju alir volumetric = 1.785,757 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚

19,064 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑚𝑚3 = 93,67 m 3

/jam

Digunakn cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut (Gambar 10.45, Sinnott, 1983):

• Lc = Panjang selinder = 1,5 Dc • Zc = panjang konis = 2,5 Dc • Jc = Diameter lubang dust out = 0,375 Dc

• Dc = Diameter Cyclone = 0,09 m • DE = Diameter gas outlet = 0,75 Dc

• Hc = Tinggi lubang inlet = 0,875 Dc • Bc = Diameter lubang inlet = 0,75 Dc x 0,375 Dc

• Ukuran maks, umpan = 300 µm – 5 µm (Tabel 19-8, Perry, 1999) • Lebar diameter maks = 0,01 – 1,2 m (Tabel 19-8, Perry, 1999)

• Kapasitas = 2 m3_{/menit (Tabel 19-8, Perry, 1999)}

• Daya yang digunakan = 35 – 400 kN/m2 _{atau 7,5 Hp (Sianturi, 1977)}

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 :

• Lc = 1,5 Dc = 1,5 x (0,0099) = 0,014 m • Zc = 2,5 Dc = 2,5 x (0,0099) = 0,024 m • Jc = 0,375 Dc = 0,375 x (0,0,0099) = 0,00585 m • DE = 0,75 Dc = 0,75 x (0,0,0099) = 0,00742 m • Hc = 0,875 Dc = 0,875 x (0,0,0099) = 0,00866 m • Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc = 0,75 x (0,0099) x 0,375 x (0,0099) = 0,000027565 m2 11. Blower (BL-102)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon (FG-101) menujurotary kiln

Kondisi Proses : T= 300_{C; P= 1 atm =1,013 bar}

Laju alir massa : 0,0876kg/jam Densitas karbon disulfida, : 19,064 kg/m3

Kapasitas blower = 𝑘𝑘𝑚𝑚𝑗𝑗𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑃𝑃𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

𝜌𝜌

=

0,0876 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 19,064 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑚𝑚3 = 0,00460 m3_/jam

Daya blower yang dibutuhkan Efisiensi, Ef : 100% Tekanan, P : 1 atm Daya = 1,570𝑥𝑥10−3 xQf x P 𝐸𝐸𝑓𝑓

=

1,570x10−4𝑥𝑥 0,00460 𝑚𝑚3/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥 14,7 𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃₁ = 0,106 Hp 12. Blower (BL-103)

Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari rotary kilnmenuju cooler

Jumlah : 1 unit

Kondisi Proses : T= 300_{C; P= 1 atm =1,013 bar}

Laju alir massa : 1.743,052 kg/jam Densitas karbon disulfida, : 19,064 kg/m3

Kapasitas blower = 𝑘𝑘𝑚𝑚𝑗𝑗𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑘𝑘𝑃𝑃𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

𝜌𝜌

=

1.743,052 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 19,064 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑚𝑚3 = 91,431 m3_/jam

Daya blower yang dibutuhkan Efisiensi, Ef : 100% Tekanan, P : 1 atm Daya = 1,570𝑥𝑥10−3 xQf x P 𝐸𝐸𝑓𝑓

=

1,570x10−4𝑥𝑥 91,431 𝑚𝑚3/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥 14,7 𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃₁ = 0,211 Hp

13. Cooler (CO-101)

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur gas karbon disulfida dari 500 o_C

menjadi 90 o_C

Jenis : 1-2 Shell & tube exchanger Jumlah : 1 unit Temperatur : 900_C Tekanan : 1 atm Tube : - Diameter dalam, ID : 0,902 in = 0,0751 ft - Diameter luar, OD : 1 in = 0,083 ft - BWG : 18 - Pitch (triangular), Pt : 11/4 in - Passes, n : 2 - Panjang, L : 15 ft

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 b. Temperatur masuk, T1 = 5000C = 9320F

c. Temperatur keluar, T2 = 900C = 1940F

Fluida dingin :

- Laju alir fluida masuk, F = 971,319 kg/jam = 2.141,392 lbm/jam - Temperatur masuk, t1 = 200C = 680F - Temperatur keluar, t2 = 600C = 1400F LMTD = ∆𝑁𝑁2−∆𝑁𝑁1 ln∆𝑁𝑁2_∆𝑁𝑁1

=

(T1−t2)−(𝐶𝐶2−𝑁𝑁1) 𝑘𝑘𝑡𝑡(𝐶𝐶1−𝑁𝑁2)_{(𝐶𝐶2−𝑁𝑁1)}

=

(932−140)−(194−68) 𝑘𝑘𝑡𝑡(932−140)_(194−68) = 666 𝑘𝑘𝑡𝑡792₁₂₆ = 362,29 0_F Menentukan nilai ∆t : Dimana,

R = 𝐶𝐶1−𝐶𝐶2 𝑁𝑁2−𝑁𝑁1

=

932−194 140−68 = 10,25 S = 𝑁𝑁2−𝑁𝑁1 𝐶𝐶1−𝑁𝑁1

=

140−68 932−68 = 0,0833

Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 10,25 dan S = 0,0833 maka diperoleh fr =

0,54 Sehingga,

∆t = LMTD x fT = 362,290F x 0,54

= 195,630_F

Temperatur caloric, Tc dan tc ;

Tc = 𝐶𝐶1+𝐶𝐶2 2

=

932+194 2 = 563 0F tc = 𝑁𝑁1+𝑁𝑁2 2

=

68+140 2 = 104 0_F

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 ft20_F

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

A = 𝑄𝑄 UD x ∆t

=

1071,153 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 /𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 50_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚.𝑓𝑓𝑁𝑁2 0F 𝑥𝑥 195,63𝐹𝐹

= 109,51 ft2

Luas pemukaan luar, a’’ = 0,2618 ft2/ft (Tabel. 10, Kern 1965) Jumlah Tube, Nt = 𝐴𝐴

𝐿𝐿 𝑥𝑥 𝑚𝑚′′

=

109,51 𝑓𝑓𝑁𝑁2 15 𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑥𝑥 0,2618 𝑓𝑓𝑁𝑁2/𝑓𝑓𝑁𝑁 = 27,89= 28 buah

b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah tube 118 dengan ID shell 171/4 _in.

c. Koreksi UD

A = L x Nt x a1

= 450,6527 ft2

UD = 𝑄𝑄

𝐴𝐴 𝑥𝑥 ∆𝑁𝑁

=

1071,153 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 /𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚

450,6527 𝑓𝑓𝑁𝑁2 𝑥𝑥 195,63 𝐹𝐹 = 21 Btu/jam ft2 0F

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

As = 𝐼𝐼𝐷𝐷𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐶𝐶′𝑋𝑋 𝐵𝐵 144 𝑥𝑥 𝑃𝑃𝐶𝐶

(Pers. 7.1 Kern, 1965) Dimana : IDs : diameter dalam shell = 171/4 _in

B : Baffle spacing = 5 in PT : Tube pitch = 11/4 in C’ : Clearance = PT – OD = 0,25 in As = 817,25 𝑥𝑥 0,25 𝑥𝑥 5 144 𝑥𝑥 1,25

=

21,5625 180 = 0,119 ft2 2. Mass Velocity, Gs ; Gs = 𝐹𝐹 𝐴𝐴𝑚𝑚

=

4593,899 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,119 𝑓𝑓𝑁𝑁2 = 38604,1932 lbm/ft2 jam 3. Bilangan Reynold, Res ;

Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 178,70_{F :}

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

𝜇𝜇

= 0.32 Cp = 0,774 lbm/ft jam Res = 𝐷𝐷𝑘𝑘 𝑥𝑥 𝐺𝐺𝑚𝑚 𝜇𝜇

=

0,06 𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑥𝑥 38604,1932𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁 2}𝑗𝑗𝑚𝑚 𝑚𝑚 0,774 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 = 2992,5731

4. Dari fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 2992,5731 diperoleh jH = 7 5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 178,70_F

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

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇_𝑚𝑚

�

1/3

=

�

0.24 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚0𝐹𝐹 𝑥𝑥 0,774𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,371_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 .𝑓𝑓𝑁𝑁 0𝐹𝐹

�

1/3 = 0,7942 6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

ho = jH x 𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑘𝑘

x

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇𝑚𝑚

�

1/3

x

∅𝑚𝑚

ℎ𝐹𝐹 ∅𝑚𝑚 = 7

x

0,371_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑓𝑓𝑁𝑁 0𝐹𝐹 0,06 𝑓𝑓𝑁𝑁 x 0,7942 = 34,3756 Btu/jam ft 0 F 7. Korelasi hi ~ hio ; Hio = hi - 𝐼𝐼𝐷𝐷 𝑂𝑂𝐷𝐷 = 34,3756 Btu/jam ft O f - 1,4375 𝑓𝑓𝑁𝑁 0,083 𝑓𝑓𝑁𝑁 = 17,0563 Btu/jam.ft 0 F Fluida Dingin – Tube Side

8. Flow area tube, At ;

Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,639 in2 At = 𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑥𝑥 𝐴𝐴𝑁𝑁′

144 𝑥𝑥 𝑡𝑡

=

114,7575 𝑥𝑥 0,639 𝑃𝑃𝑡𝑡2

144 𝑥𝑥 2 = 0.2546 ft 2

9. Mass velocity, Ret ; Gt = 𝑘𝑘 𝐴𝐴𝑁𝑁 = 6317,4196 𝑘𝑘𝑙𝑙/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,2546 𝑓𝑓𝑁𝑁2 = 24813,117 lbm/ft 2 .jam 10. Bilangan Reynold, Ret ;

Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 1130F: Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft Viscositas,

𝜇𝜇

= 0,62 Cp = 1,499 lbm/ft jam Ret = 𝐷𝐷𝑘𝑘 𝑥𝑥 𝐺𝐺𝑁𝑁 𝜇𝜇

=

0,06𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑥𝑥 24813,117𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁 2}𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 1,499𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁} 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 = 993,1868

11. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 993,1868 diperolehjH = 5,8

12. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 1130_F

Spesifik heat, C = 1 Btu/lb0F (Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,365 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇_𝑚𝑚

�

1/3

=

�

1 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚0𝐹𝐹 𝑥𝑥 1,499 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,365 _{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 .𝑓𝑓𝑁𝑁 0𝐹𝐹

�

1/3 = 1,6 13. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;

ho = jH x 𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑘𝑘 x

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇𝑚𝑚

�

1/3

x

∅𝑚𝑚

ℎ𝐹𝐹 ∅𝑚𝑚 = 5,8 x 0,365_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑓𝑓𝑁𝑁 0𝐹𝐹 0,06 𝑓𝑓𝑁𝑁 x 1,6 = 56,453 Btu/jam ft 0 F

14. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ; Uc = ℎ𝑃𝑃𝐹𝐹 𝑥𝑥 ℎ𝐹𝐹 ℎ𝑃𝑃𝐹𝐹+ℎ𝐹𝐹

=

17,0563 𝑥𝑥 56,453 17,0563 +56,453

=

962,8793 73,5093 = 13,0987 Btu/jam ft 0F 15. Faktor pengotor, Rd ; Rd = 𝑈𝑈𝐶𝐶−𝑈𝑈𝑁𝑁 𝑈𝑈𝐶𝐶 𝑥𝑥 𝑈𝑈𝑁𝑁

=

50−13,0987 50 𝑥𝑥 13,0987 = 0,0563

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 , ∆𝑃𝑃 ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12

�

15₅

�

= 36 (Pers. 7.43 Kern, 1965) Ds = 8/12 = 0,66

∅

=

�

_{𝜇𝜇𝜇𝜇}𝜇𝜇𝑁𝑁

�

0,14 = 1

Spesifik gravity, S = 1,26 (Tc = 178,70F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965) ∆𝑃𝑃 = 𝑓𝑓.𝐺𝐺𝑚𝑚2 .𝐷𝐷𝑚𝑚 (𝑁𝑁+1)₁₀ 10 . 22 , 5 .De .S.∅

=

0,0028 𝑥𝑥 (38604,1932)2 𝑥𝑥 1,4375 𝑥𝑥 36 10 10 . 22 , 5 x 0,06 x 1,26 x 1 = 215942112 ,9 10 10 . 5 , 0 . = 0,054 psi

Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima. Pressure Drop – Tube Side

18. Perubahan tekanan, ∆Pt ;

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

∅

=

�

_{𝜇𝜇𝜇𝜇}𝜇𝜇𝑁𝑁

�

0,14 = 1

Spesifik gravity, S = 0,98 ( tavg = 1130F) (Fig.6 hal. 809 Kern, 1965) ∆Pt = 𝑓𝑓.𝐺𝐺𝑁𝑁2 . 𝐿𝐿 . 𝑡𝑡 10 10 . 22 , 5 .ID.S.∅ = 0,0005 𝑥𝑥 (24813,117)2 𝑥𝑥15 𝑥𝑥 2 10 10 . 22 , 5 x 0,083 x 0,98 x 1 (Pers. 7.53 Kern, 1965) = 9235361 ,629 10 10 . 42 , 0 = 0,0021 psi

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 900_{C menjadi}

250_C

Jenis : 1-2 Shell & tube exchanger

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 25 0_C

Tekanan : 1 atm

Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan tabel 10, hal 841-843 (Kern,1965) Tube : Diameter dalam, ID : 0,652 in = 0,0543 ft Diameter luar, OD : 3/4 in = 0,0625 ft BWG : 18 Pitch (triangular), Pt : 1 in Passes, n : 2 Panjang, L : 15 ft

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 Temperatur masuk, t1 = 200C = 68 0F Temperatur keluar, t2 = 500C = 1220F LMTD = ∆𝑁𝑁2−∆𝑁𝑁1 ln∆𝑁𝑁2_∆𝑁𝑁1

=

(T1−t2)−(𝐶𝐶2−𝑁𝑁1) 𝑘𝑘𝑡𝑡(𝐶𝐶1−𝑁𝑁2)_{(𝐶𝐶2−𝑁𝑁1)}

=

(194−122)−(77−68) 𝑘𝑘𝑡𝑡(194−122)_(77−68) = 63 ln 8 = 30,303 0F Menentukan nilai ∆t : Dimana, R = 𝐶𝐶1−𝐶𝐶2 𝑁𝑁2−𝑁𝑁1

=

194−77 122−68 = 2,17 S = 𝑁𝑁2−𝑁𝑁1 𝐶𝐶1−𝑁𝑁1

=

122−68 194−68 = 0,43

Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 2,17 dan S = 0,43 maka diperoleh fr = 0,6

Sehingga,

∆t = LMTD x fT = 30,303 0F x 0,6

= 18,1810_F

Temperatur caloric, Tc dan tc ;

Tc = 𝐶𝐶1+𝐶𝐶2 2

=

194 +77 2 = 135,5 0_F tc = 𝑁𝑁1+𝑁𝑁2 2

=

68 + 122 2 = 95 0F

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 = 𝑄𝑄

UD x ∆t

=

665,902 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 /𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 50_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚.𝑓𝑓𝑁𝑁2 0F 𝑥𝑥 18,181𝐹𝐹

= 73,26 ft2

Luas pemukaan luar, a’’ = 0,1963 ft2/ft (Tabel. 10, Kern 1965) Jumlah Tube, Nt = 𝐴𝐴

𝐿𝐿𝑥𝑥 𝑚𝑚′′

=

73,26 𝑓𝑓𝑁𝑁2 15 𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑥𝑥 0,1963 𝑓𝑓𝑁𝑁2/𝑓𝑓𝑁𝑁 = 24,88 buah.

b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 30 tube dengan ID shell 8 in. c. Koreksi UD A = L x Nt x a1 = 15 ft x 24,88 x 0,1963 ft2_/ft = 73,259 ft2 UD = 𝑄𝑄 𝐴𝐴 𝑥𝑥 ∆𝑁𝑁

=

665,902 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 /𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 73,259 𝑓𝑓𝑁𝑁2 𝑥𝑥 18,181 𝐹𝐹 = 50 Btu/jam ft2 0F

Fluida Panas – Shell Side 1. Flow area shell, As ; As = 𝐼𝐼𝐷𝐷𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐶𝐶′𝑋𝑋 𝐵𝐵

144 𝑥𝑥 𝑃𝑃𝑁𝑁 (Pers. 7.1 Kern, 1965)

Dimana : IDs : diameter dalam shell = 8 in B : Baffle spacing = 5 in PT : Tube pitch = 1 in C’ : Clearance = PT – OD = 0,25 in As = 8 𝑥𝑥 0,25 𝑥𝑥 5 144 𝑥𝑥 1

=

10 144

=

0,069 ft 2 2. Mass Velocity, Gs ; Gs = 𝐹𝐹 𝐴𝐴𝑚𝑚

=

4593,899 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,069 𝑓𝑓𝑁𝑁2 = 66578,2463 lbm/ft2 jam

3. Bilangan Reynold, Res ;

Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 775,80_{F :}

Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft Viscositas,

𝜇𝜇

= 0.024 Cp

Res = 𝐷𝐷𝑘𝑘 𝑥𝑥 𝐺𝐺𝑚𝑚 𝜇𝜇

=

0,0608 𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑥𝑥 66578,2463𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁 2}𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,058 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚

= 69792,3685

4. Dri fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 69792,3685 diperoleh jH = 192

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

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)

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇_𝑚𝑚

�

1/3

=

�

0.26 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 0 𝐹𝐹 𝑥𝑥 0,058𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁} 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,0288_{𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 .𝑓𝑓𝑁𝑁}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 0𝐹𝐹

�

1/3 = 0,8061

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

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇 𝑚𝑚

�

1/3 x

∅𝑚𝑚,

ℎ𝑃𝑃 ∅𝑚𝑚 = 192 x 0,0288_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑓𝑓𝑁𝑁 𝐹𝐹 0,0608 𝑓𝑓𝑁𝑁 x 0,8061 = 73,3126 Btu/jam ft 0 F 7. Korelasi hi ~ hio ; Hio = hi - 𝐼𝐼𝐷𝐷 𝑂𝑂𝐷𝐷 = 73,3126 Btu/jam ft O f - 0,666 𝑓𝑓𝑁𝑁 0,0625 𝑓𝑓𝑁𝑁 = 62,6566 Btu/jam.ft 0F

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

Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,334 in2 At = 𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑥𝑥 𝐴𝐴𝑁𝑁′

144 𝑥𝑥 𝑡𝑡

=

27,753 𝑥𝑥 0,334 𝑃𝑃𝑡𝑡2

144 𝑥𝑥 2 = 0.032 ft 2

2. Mass velocity, Ret ; Gt = 𝑘𝑘 𝐴𝐴𝑁𝑁

=

2468,7768 𝑘𝑘𝑙𝑙/𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,032 𝑓𝑓𝑁𝑁2 = 77149,275 lbm/ft 2 .jam 3. Bilangan Reynold, Ret ;

Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 2210F: Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft

Viscositas,

𝜇𝜇

= 0,21 Cp = 0,508 lbm/ft jam Ret = 𝐷𝐷𝑘𝑘 𝑥𝑥 𝐺𝐺𝑁𝑁 𝜇𝜇

=

0,0608𝑓𝑓𝑁𝑁 𝑥𝑥 77149,275𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁 2}𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,508𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁} 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 = 9233,614

4. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 262478,2583 diperoleh jH = 500

5. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 2210_F

Spesifik heat, C = 0,45 Btu/lb0F (Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,376 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇_𝑚𝑚

�

1/3

=

�

0.45 𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 0 𝐹𝐹 𝑥𝑥 0,058𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚_{𝑓𝑓𝑁𝑁} 𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚 0,376_{𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 .𝑓𝑓𝑁𝑁}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 0𝐹𝐹

�

1/3 = 0,847

6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ; ho = jH x 𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑘𝑘

x

�

𝐶𝐶.𝜇𝜇 𝑚𝑚

�

1/3

x

∅𝑚𝑚

ℎ𝐹𝐹 ∅𝑚𝑚 = 35 x 0,376_{𝑗𝑗𝑚𝑚𝑚𝑚}𝐵𝐵𝑁𝑁𝑚𝑚 𝑓𝑓𝑁𝑁 0𝐹𝐹 0,0608 𝑓𝑓𝑁𝑁 x 0,847 = 183,33 Btu/jam ft 0 F 7. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;

Uc = ℎ𝑃𝑃𝐹𝐹 𝑥𝑥 ℎ𝐹𝐹 ℎ𝑃𝑃𝐹𝐹+ℎ𝐹𝐹

=

62,6566 𝑥𝑥 183,33 62,6566+183,33

=

726,0518 165,358 = 46,69 Btu/jam ft 0F 8. Faktor pengotor, Rd ; Rd = 𝑈𝑈𝐶𝐶−𝑈𝑈𝑁𝑁 𝑈𝑈𝐶𝐶 𝑥𝑥 𝑈𝑈𝑁𝑁

=

50−46,69 50 𝑥𝑥 46,69 = 0,0014

Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima

Pressure Drop – Shell Side

9. ada Res = 66578,2463 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0015 10. perubahan tekanan , ∆𝑃𝑃 ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12

�

15₅

�

= 36 (Pers. 7.43 Kern, 1965) Ds = 8/12 = 0,66

∅

=

�

_{𝜇𝜇𝜇𝜇}𝜇𝜇𝑁𝑁

�

0,14 = 1

Spesifik gravity, S = 1 (t avg = 2210F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965)

∆𝑃𝑃 =

𝑓𝑓.𝐺𝐺𝑚𝑚2 .𝐷𝐷𝑚𝑚 (𝑁𝑁+1)10 10 . 22 , 5 .De .S.∅ = 0,0015 𝑥𝑥 (66578,2463)2 𝑥𝑥 0,66 𝑥𝑥 36 10 10 . 22 , 5 x 0,0608 x 1 x 1 = 157980105 ,1 10 10 . 5 , 0 . = 0,049 psi

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 ;

N + 1 = 12 (L/B) = 12

�

15₅

�

= 36 (Pers.7.43 Kern, 1965)

∅ =�

_{𝜇𝜇𝜇𝜇}𝜇𝜇𝑁𝑁

�

0,14= 1

Spesifik gravity, S = 0,3 ( tC = 775,80F)

(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965) ∆Pt = 𝑓𝑓.𝐺𝐺𝑁𝑁2 .𝐿𝐿 .𝑡𝑡 10 10 . 22 ,

5 .ID.S.∅ (Pers. 7.53 Kern, 1965) = 0,0003 𝑥𝑥 (77149,275)2 𝑥𝑥15𝑥𝑥2 10 10 . 22 , 5 x 0,0608 x 0,3 x 1 = 53568095 ,7 10 10 . 15 , 0 = 0,056 psi

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

Fungsi : Mengalirkan Karbon disulfida cair dari kondensor (CD-101) ke storage tank

Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan kontruksi : Commersial steel Temperatur : 250_C

Tekanan : 1 atm

Laju alir massa, F = 2.651,515 kg/jam = 1,62 lbm/s

Densitas,

𝜌𝜌

= 400,475 kg/m3 _{= 0,0145 lbm/in}3 _{= 25,056 lbm/ft}3

Laju alir volumetric, Q

=

𝐹𝐹 𝜌𝜌

=

1,62 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑚𝑚

25,056 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑓𝑓𝑁𝑁3 = 0,0647 ft3 / s

Perencanaan Pompa

a. Diameter pipa pompa, De :

Di,opt = 0,363 x Q0,45 x

𝜌𝜌

0,13 (Timmerhaus, 2004)

= 0,363 x (0,0647)0,45 _{x (25,056)}0,13

= 0,16 ft = 1,92 inc

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 = 𝑄𝑄 𝐴𝐴

=

0,0647 𝑓𝑓𝑁𝑁3/𝑚𝑚 0,0233 𝑓𝑓𝑁𝑁2 = 2,78 ft/s sehingga : Bilangan Reynold, NRe

=

𝜌𝜌 .𝑣𝑣 . 𝐼𝐼𝐷𝐷 𝜇𝜇

=

25,056 𝑥𝑥 2,78 𝑥𝑥 0,1723 0,0532 = 225,631

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)

Instalasi pipa :

- Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft

- 2 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Foust, 1980) L2 = 3 x 15 x 0,2557 = 6,65 ft

- 3 buah elbow standar 900C (L/D =30) (Foust, 1980) L3 = 3 x 30 x 0,2557 = 23,01 ft

- 1 buah sharp edge entrance (K = 0,5 ; L/D = 16) (Foust, 1980) L4 = 1 x 16 x 0,2557 = 4,09 ft

- 1 buah sharp edge exit (K = 1 ; L/D = 36) (Foust, 1980) L5 = 1 x 36 x 0,2557 = 9,21 ft Maka, ∑L = L1 + L2 + L3 + L4+ L5 = 30 + 6,65 + 23,01 + 4,09 + 9,21 = 72,96 ft d. Menentukan friksi, ∑F : ∑F = 4 𝑓𝑓.𝑣𝑣2 ∑𝐿𝐿 2.𝑘𝑘𝑁𝑁 .𝐷𝐷

=

4𝑥𝑥0,0709𝑥𝑥(2,78)^2 𝑥𝑥 72,96 𝑓𝑓𝑁𝑁 2𝑥𝑥32,174 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 ._{𝑘𝑘𝑙𝑙𝑓𝑓}𝑓𝑓𝑁𝑁 .𝑚𝑚2 𝑥𝑥 0,1723 𝑓𝑓𝑁𝑁 (Geankoplis, 1983) = 159,912 𝑓𝑓𝑁𝑁3/𝑚𝑚2 11,0872𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 .𝑓𝑓𝑁𝑁 2_{𝑘𝑘𝑙𝑙𝑓𝑓}.𝑚𝑚2 = 14,4234 ft.lbf / lbm e. Kerja yang diperlukan, -Wf :

𝑣𝑣₂ 2−𝑣𝑣2₁ 2.𝑘𝑘𝑁𝑁

+

𝑘𝑘 (𝑍𝑍2−𝑍𝑍1) 𝑘𝑘𝑁𝑁

+

𝑃𝑃2−𝑃𝑃1 𝜌𝜌 + ∑F + Wf = 0 (Geankoplis, 1983) Bila : Wf = 0 Z1 = 0 ;Z2 = 3 ft v1 = 0 ;v2 = 2,0386 ft/s P1 = 1 atm = 14,696 lbf/in2 = 2.117,92 lbf/ft2

Maka : 2,18532−0 2 𝑥𝑥 32,174

+

32,174 (3−0) 32,174

+

2117,92−𝑃𝑃1 25,056 + 14,4234 + 0 = 0 0,0742 + 3 + 14,4234 + 2117,92−𝑃𝑃1 25,056 = 0 P1 = 2.556,34 lbf/ft2 = 2.556,34 lbf/ft2 _x 1 𝑓𝑓𝑁𝑁2 144 𝑃𝑃𝑡𝑡2 = 17,7524 lbf/in 2 Sehingga, -Wf = 2.556,34 −2.117,92 25,056 + 87,3684 + 3 + 14,4234 = 122,289 ft.lbf/lbm f. Daya pompa, Ws : Ws = −𝑘𝑘𝑓𝑓.𝑄𝑄.𝜌𝜌 550

=

122,289 𝑓𝑓𝑁𝑁𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚𝑘𝑘𝑙𝑙𝑓𝑓 𝑥𝑥 0,0647𝑓𝑓𝑁𝑁 3𝑚𝑚 𝑥𝑥 25,056 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚 /𝑓𝑓𝑁𝑁3 550 𝑓𝑓𝑁𝑁.𝑘𝑘𝑙𝑙𝑓𝑓_𝑚𝑚 .ℎ𝐶𝐶 = 0,36 hp 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 0_C

Tekanan : 1 atm

Kebutuhan perancangan = 7 hari = 168 jam Faktor kelonggaran = 20 %

Densitas, (

𝜌𝜌

) = 400,475 kg/m3 _{= 0,0145 lbm/in}3

Laju volumetric bahan, V

=

1.742,180 kg/jam

400,475 kg/m3 = 4,3502 m3/jam Pehitungan :

a. Volume bahan, Vc = 4,3502 m3_{/jam x 168 jam}

= 7308,33 m3

Volume tangki, VT = ( 1 + 0,2 ) x 7308,33 m3 = 8769,996 m3

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 4

𝜋𝜋

Di 2_H

=

𝜋𝜋 4 D 2

�

3 2

𝐷𝐷�

= 1,1775 D

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

Tinggi head, Hd = 1/6 x D (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup ellipsoidal, Vh = Vs = 1

4

𝜋𝜋

Di 2 H = 𝜋𝜋 4 D 2

�

1 6

𝐷𝐷�

= 0,1304 D Maka : Vt = Vs + Vh = 1,1775 D3 + 0,1304 D3 = 1,3079 D3 D =

�

𝑉𝑉𝑁𝑁 1,3079

�

1/3 =

�

1334,772 1,3079

�

1/3 = 10,07 m 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

6 x D = 0,17 x 10,07 m = 1,71 m -Jadi tinggi tangki, HT = Hs + Hh = 15,11 m + 1,71 m

c. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 𝑉𝑉𝑁𝑁 𝑥𝑥 𝐻𝐻𝐶𝐶 𝑉𝑉𝐶𝐶

=

1112,31 𝑚𝑚3 𝑋𝑋 16,82 𝑚𝑚 667,386 𝑚𝑚3 = 28,08 m = 1105,51 in d. Tekanan desain, P : Tekanan hidrostatis = 𝜌𝜌 (𝐻𝐻𝑁𝑁−1)

144 + P0(Pers. 3.17 Brownell & Young, 1959)

= 0,0145 𝑘𝑘𝑙𝑙𝑚𝑚

𝑃𝑃𝑡𝑡 3(1105,51 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑁𝑁 −1)

144 + 14,7 Psi

= 14,81 psi Jika faktor keamanan = 10 % = 0,1

PDesain = (1 + 0,1) x 14,81 psi = 16,29 psi

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) = 𝑃𝑃 𝑥𝑥 𝑅𝑅

𝑆𝑆.𝐸𝐸−0,6𝑃𝑃 + (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 𝑥𝑥 198,23

(16250 𝑥𝑥 0,85)−0,6 𝑥𝑥 16,29 + (0,0042 x 10) = 3229,167 𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃 .𝑃𝑃𝑡𝑡

13812 ,5_{𝑃𝑃𝑡𝑡 2}𝑘𝑘𝑙𝑙 −9,77 𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃 + 0,042 in = 0,28 inc 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)

=

𝑃𝑃 𝑥𝑥 𝐷𝐷𝑃𝑃

2𝑆𝑆.𝐸𝐸−0,2𝑃𝑃 + (C x A) (Timmerhaus,2004) Dimana :dh = tebal dinding head (in)

Di = diameter tangki (in)

R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan

E = efisiensi sambungan

d = 16,29 𝑥𝑥 396,457

2(16250 𝑥𝑥 0,85)−(0,2 𝑥𝑥 16,29) + (0,0042 x 10) = 6458,285 𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃 .𝑃𝑃𝑡𝑡

27621,74𝐶𝐶𝑚𝑚𝑃𝑃 + 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 o_C

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

Densitas beleang, 𝜌𝜌 = 125 lb/ft3 _{= 2002,2262 kg/m}3 _{(Perry, 1984)}

Volume belerang, V = 𝑚𝑚 𝜌𝜌

=

3.511,872 𝑚𝑚𝑘𝑘 2002,2262 𝑚𝑚𝑘𝑘/𝑚𝑚3 = 1.753 m3 Faktor kelonggaran (fk) = 20% Volume gudang = (1 + 0,2) x 1.753 m3 _{= 2.1036 m}3

Volume gudang (V) = p x l x t = 2t x 2t x t = 4t3 Tinggi gudang (t) =

�

𝑉𝑉 4 3

=

3

�

2.1036₄ = 0,725 m Sehingga panjang (P) = 2 x 0,725 = 1,45 m Lebar (l) = 2 x 0,725 = 1,45 m

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 o_C

Tekanan : 1 atm

Laju bahan yang diangkut = 20,904 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999) 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 Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :

P = 0,07 m0,63 _{∆Z (Timmerhaus, 2004)}

Dimana : P = daya (kW)

∆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 ℎ𝐶𝐶 1 𝑚𝑚𝑘𝑘 = 0,067 hp 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 Bahan Konstruksi : Stainless Steel

Kondisi operasi : Temperatur (T) = 300_C

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 • Face ukuran roll : 24 in = 2 ft • Berat balls : 2,4 lb = 1,09 kg • Kecepatan roll : 39,8 rpm

• Kapasitas : 4 ton/jam

• Daya motor yang digunakan : 5 Hp Kecepatan kritis =

�

76,6 𝐷𝐷

�

1/2

=

�

76,6 0,25

�

1/2

=

17,5043 rpm

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

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

= 39,8 rpm x 0,25 x 2,2046 x 10-3 = 0,0219 rpm

Daya penghancur (P) = (0,7 x l – 1) x k x (0,5D)2 x 22,26

= (0,7 x 2 – 1) x 0,0219 x (0,5 x 0,25)2 x22,26 = 0,0011 kW = 0,0015 Hp

20. Vibrating Screen (SS-102)

Fungsi : Menyaring belerang besarmenjadi ukuran 20 mess Jenis : Vibrating Screen

Bahan Konstruksi : Stainless Steel

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 84,3089 kg/jam Temperature : 30 o_C

Tekanan : 1 atm

Laju umpan (F) : 20,904 kg/jam

Faktor kelonggaran,fk = 20% (Perry,1999) Kapasitas vibrating screen = ( 1 + fk ) x F

= ( 1 + 0,2 ) x 20,904 kg/jam

= 25.0848 kg/jam

Ayakan yang dipilih : (Perry,1999)

• No ayakan = 18 (1,00 mm)

• Bukan ayakan = 1 mm = 0,0394 in

• Diameter wire = 0,580 mm = 0,0228 in • Tyler equivalent = 16 mesh

Menghitung faktor bukaan-area (Foa), Foa = 100 a2.m2 Dimana : a = bukaan ayakan = 0,0394 in d = diameter wire = 0,0228 in m = 1 𝑚𝑚+𝐶𝐶 , Foa = 100 a2.

�

1 𝑚𝑚+𝐶𝐶

�

2 = 100 (0,0394)2.

�

1 (0,0394)+(0,0228)

�

2 = 40,125 %

Perhitungan luas screen (A), A = 0,4𝐶𝐶𝑁𝑁 𝐶𝐶𝑚𝑚 .𝐹𝐹𝐹𝐹𝑚𝑚𝐹𝐹𝑚𝑚

Dimana : Ct = laju bahan yang lewat = 17,768 kg/jam = 0,0717 ton/jam Cu = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft2 (Perry,1999) Foa = faktor bukaan-area = 0,4012

Fs = faktor slotted area = 1,5 (Perry,1999) A

=

0,4.(0,0717

𝑁𝑁𝐹𝐹𝑡𝑡 ℎ )

(0,32𝑁𝑁𝐹𝐹𝑡𝑡_ℎ .𝑓𝑓𝑁𝑁2)(0,4012)(1,5) = 0,0539 ft 2

Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan : Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L2 L =

�

𝐴𝐴 1,5

�

1/2 = 0,1896 ft = 0,0578 m P = 1,5 (0,0578 m) = 0,0867m

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) Jenis : Horizontal Belt Conveyor

Material : Commercial Steel Temperature : 30 o_C

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

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 m}2

• Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit