LAMPIRAN F TUGAS KHUSUS REAKTOR (RE-201)

(1)

LAMPIRAN F

TUGAS KHUSUS REAKTOR (RE-201)

Fungsi : Mereaksikan benzene dengan udara untuk membentuk maleic anhydride

Jenis : Reaktor Fixed Bed Multitubular

Kondisi Operasi : Isotermal pada suhu (T) 370 oC dan Tekanan (P) 2,5 atm Katalisator : V2O5-MoO3

Konversi : 95%

Medium pendingin : Air dengan aliran countercurrent terhadap aliran umpan

Reaksi yang terjadi didalam reaktor adalah :

C6H6(g) + 4O2(g) 370 C 2,5 atm C4H2O3(g) + 2H2O(g) + CO2(g) + CO(g)

Benzene Oxygen Maleic Anhydride Water Carbondioxide Carbonmonoxide

Berikut ini adalah neraca massa dan neraca energi reaktor (RE-201). Perhitungannya dapat dilihat pada lampiran A dan Lampiran B

(2)

Tabel F.1 Neraca Massa Reaktor (RE-201)

Komponen Massa Masuk Massa Keluar

Massa Tergenerasi (kg/jam) Massa Terkonsumsi (kg/jam) Massa Terakumulasi (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) F1 F2 Benzene 2.116,0787 105,8039 0,00000 0,00000 0,00000 Toluene 0,4233 0,4233 0,00000 0,00000 0,00000 Nitrogen 109.797,0699 109.797,0699 0,00000 0,00000 0,00000 Oxygen 29.186,5629 25.892,2962 0,00000 0,00000 0,00000 Maleic anhydride 0,00000 2.522,1729 0,00000 0,00000 0,00000 Carbondioxide 0,00000 1.132,4042 0,00000 0,00000 0,00000 Carbonmonoxide 0,00000 720,6208 0,00000 0,00000 0,00000 Water 0,00000 926,5125 0,00000 0,00000 0,00000 Total 141.097,3038 141.097,3038 0,00000 0,00000 0,00000

Tabel F.2 Neraca Panas disekitar Reaktor (RE-201)

Komponen

Panas Masuk Panas

Generasi (kJ/jam) Panas Keluar Q serap (kJ/jam) Panas terakumulasi (kJ/jam) (kJ/jam) (kJ/jam) Q1 Qreaksi Q4 Benzene 970.7241,78538 -91.247,49352 8.611.592,27139 0,00000 0,00000 Toluene 3.992.8035,82491 39.928.035,82491 0,00000 0,00000 Nitrogen 1.217.419,09597 6.0870,95480 0,00000 0,00000 Oxygen 253,29472 253,29472 0,00000 0,00000 Maleic anhydride 0,00000 1.903.855,34290 0,00000 0,00000 Carbondioxide 0,00000 384.107,69200 0,00000 0,00000 Carbonmonoxide 0,00000 264.671,58303 0,00000 0,00000 Water 0,00000 621.781,71217 0,00000 0,00000 Air pendingin 0,00000 -1.013.466,16846 0,00000 Total 50.852.950,00098 -91.247,49352 51.775.168,67592 -1.013.466,16846 0,00000 50.761.702,50746 50.761.702,50746 0,00000

(3)

Massa air pendingin yang digunakan untuk menjaga temperatur operasi reaktor tetap isothermal yaitu sebesar 242.456,02116 kg/jam

1. Menghitung berat katalis (W) a. Spesifikasi katalis

Bahan katalis = V2O5-MoO3

Bentuk = Pellet

Umur katalis = 3-5 tahun Diameter katalis = 0,005 m Porositas, ε = 0,5 m3/m3 Bulk density = 1200 kg/m3

(www.che.wvu.edu)

b. Menghitung konstanta kecepatan reaksi (k)

Persamaan kinetika reaksi untuk maleic anhydride adalah sebagai berikut Orde reaksi adalah orde setengah terhadap benzene (www.che.wvu.edu)

-ra = k.Cb ½ ...4)

dengan

k : konstanta laju reaksi, (m3/kg,s) Cb : konsentrasi benzene (kmol/m3) T : Temperatur (K)

(4)

Dengan nilai k sebagai berikut ⁄

c. neraca massa pada 1 tube

Persamaan neraca massa dengan tinjauan pada satu tube adalah sebagai berikut : ΔW ID W A F F_A _W__ΔW

Gambar F.1. Persamaan neraca massa pada satu tube

Neraca massa pada elemen volume : V =

(Rate of mass input) - (Rate of mass output) - (Rate of mass reaction) = (Rate of mass accumulation)

(5)

FA = FA0 (1- XA) dFA = - FA0 dXA Sehingga,    A0 A A F ) (-r dW dX ...(5)

Substitusi persamaan 5 ke persamaan 4, menjadi :

   A0 1/2 A A F k.C dW dX

Dengan menggunakan persamaan aliran yang masuk dan keluar dari tabel neraca massa di atas, dapat diketahui persamaan umum untuk konsetrasi umpan, yaitu:

1. Laju volumetrik umpan reaktor

/jam m 8 95.009,820 1,4851 38 141.097,30 F V 3 mix in tot 0  _   = 1.583,4970 m3/menit = 26,3916 m3/s

(6)

2. Konsentrasi umpan reaktor CA = [C6H6]

CA0 =

⁄

Maka diperoleh persamaan :

   A0 1/2 A A F k.C dW dX     A0 1/2 A0 A F )) 1 ( k.(C dW dX X    A0 1/2 -6 A F X)) -1 ).(0,003x( (4,6445x10 dW dX ………7) 1/2 A0 -6 A X)) -.(0,003x(1 F ) (4,6445x10 dW dX    a. Pressure Drop

Pressure drop dalam tube

Pressure drop pada pipa berisi katalisator dapat didekati dengan persamaan Ergun (Fogler, 1999).





               ' 1 1501 1,75G' D D g G dz dP P P      ...(8) Keterangan :

ΔP = penurunan tekanan dalam tube, lb/ft2 Z = panjang pipa, ft

(7)

G’ = kecepatan aliran massa perluas penampang, lb/jam/ft2 ρ = densitas fluida, lb/ft3

Dp = diameter partikel katalis, ft ε = porositas partikel katalis µ = viskositas fluida, lb/jam/ft gc = faktor konversi, 4,18.108 ft/jam2

b. Menentukan spesifikasi tube yang digunakan

Dalam menetukan diameter tube, Colburn (Smith, P.571) menyatakan hubungan pengaruh rasio (Dp/Dt) atau perbandingan diameter katalis dengan diameter pipa

dengan koefisien transfer panas pipa berisi katalis dibanding koefsien transfer panas konveksi pada dinding kosong.

Dp/Dt 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

hw/h 5,5 7,0 7,8 7,5 7,0

Dimana :

Dp/Dt = rasio diameter katalis per diameter pipa

hw/h = rasio koefisien transfer panas pipa berisi katalis terhadap

koefisien transfer panas pada pipa kosong

Dari data diatas hw/h terbesar pada 7,8 pada (Dp/Dt) = 0,15

Dt = =

(8)

Untuk pipa komersial: (Kern, 1983) NPS = 1,5 in

ID = 1,610 in OD = 1,90 in a’ = 2,04 in2

c. Data fisis dan termal

Kondisi campuran gas yang bereaksi di dalam reaktor setiap saat mengalami perubahan untuk tiap increment panjang reaktor. Persamaan yang digunakan untuk menghitung kondisi campuran gas tersebut adalah sebagai berikut :

1. Menghitung berat molekul umpan

Berat molekul umpan merupakan berat molekul campuran gas yang dapat dihitung dengan persamaan :

BM campuran = Σ (Bmi.yi) dengan :

Bmi = berat molekul komponen i, kg/kmol

yi = fraksi mol gas i

Tabel F.3 Berat Molekul Umpan

Komponen Bmi F3 (kg/jam) yi Bmi x yi

Benzene 78,1100 2.116,0787 0,0060 0,4702 Toluene 92,1400 0,4233 0,0000 0,0001 Oksigen 32,0000 109.797,0699 0,7624 24,3959 Nitrogen 28,0000 29.186,5629 0,2316 6,4850

(9)

Total 141.100,1348 1,0000 31,3512 Diperoleh BMcampuran = 31,3512 kg/kmol

2. Menghitung densitas umpan

Campuran gas mengikuti hukum gas ideal

T R n PV    BMcamp T R P BMcamp V n    BMcamp T R P camp  _  Dengan =

P = tekanan umpan masuk = 2,5 atm R = 0, 0821 atm m3/kmol K

T = suhu umpan masuk = 643,15 K Sehingga ρ = 15 , 643 082057 , 0 5 , 2 31,3512 x x kg/m3 = 1,4851 kg/m3 3. Viskositas

Menghitung viskositas umpan (μg)

Untuk menghitung viskositas umpan digunakan persamaan yang diperoleh dari Yaws 1999, yaitu :

(10)

Tabel F.4 Tabel Viskositas Umpan Komponen BMi yi wi A B C μi (micropoice) Benzene 78,1100 0,6853 0,8765 -0,151000 0,257060 -0,000009 161,4628 Toluene 92,1400 0,3115 0,1195 1,787000 0,235660 -0,000009 149,4838 Oksigen 32,0000 0,0032 0,0040 0,000001 0,604780 70,300000 361,61637 Nitrogen 28,0000 0,0000 0,0000 0,000001 0,588230 67,750000 29.079.416,1160 μgi = 1,0765 cp μcampuran = 2,6043 lb/ft.hr

4. Menghitung konduktivitas panas umpan (KG)

KG dihitung menggunakan persamaan dari Yaws, 1999, yaitu : 2 CT BT A K_G    KG = konduktivitas gas, W/m K A, B, C = konstanta T = suhu umpan, K KGumpan = Σ(KG.xi)

Tabel F.5 Tabel Konduktivitas Umpan

Komponen Bm Yi wi A B C K Btu/ft2,hr,F Benzene 78,1100 0,0060 0,0150 -0,151000 0,257060 -0,000009 93,2917 Toluene 92,1400 0,3115 0,0000 1,787000 0,235660 -0,000009 149,4838 Oksigen 32,0000 0,0032 0,7782 0,001210 0,000086 0,000000 0,0511 Nitrogen 28,0000 0,0000 0,2069 0,003090 0,000076 0,000000 0,0474

(11)

KGcampuran = 1,4323 Btu/ft2.hr.F

d. Menghitung Berat Katalis

Metode Runge-Kutta untuk menghitung berat tumpukan katalis (w) dan Pressure Drop di tube (ΔPt). Penyelesaian Persamaan Diferensial untuk menghitung berat

tumpukan katalis (w) dan pressure drop (ΔPt) di tube setiap inkremen z (Δw)

dengan Metode Numeris Runge Kutta dihitung dengan menggunakan Microsoft Excell. Adapun langkah-langkah perhitungannya sebagai berikut cara sebagai berikut :

Persamaan-persamaan diferensial yang ada :

a.





               ' 1 1501 1,75G' D D g G dz dP P P      b.    A0 1/2 A F 003) 4,6445.(0, dW dX

Kondisi batasnya adalah : Zo = 0 m

XO = 0

PO = 2,5 atm

(12)

Penyelesaian persamaan difrensial menggunakan metode Runge Kutta orde 4: Xi+1 = xi + 1/6. (k1 + 2k2 + 2k3 + k4) Pi+1 = Pi + 1/6. (l1 + 2l2 + 2l3 + l4) Dengan: k1 = f1 (wi, Xi) ∆w l1 = f2 (wi, Pi) ∆w k2 = f1 (wi + 2 w  , Xi + 2 1 k ) ∆w l2 = f2 (wi + 2 w  , Pi + 2 1 l _{) ∆w} k3 = f1 (wi + 2 w  , Xi + 2 2 k _{) ∆w} l3 = f2 (wi + 2 w  , Pi + 2 2 l _{) ∆w} k4 = f1 (wi+ ∆w, Xi + k3) ∆w l4 = f2 (wi +∆w, Pi + l3) ∆w

Perhitungan nilai wi, Xi, dan Pi di setiap inkeremen w (Δw) adalah :

wi+1 = wi + Δw

Tabel F.6 Tabel Berat Katalis Berdasarkan Metode Runge-Kutta W

(Berat Tumpukan Katalis, kg)

P (Tekanan, atm) X (Konversi) 0,00 2,4973000 0,000000 197,75 2,4946000 0,339834

(13)

395,51 2,4919000 0,360934 593,26 2,4894000 0,381534 791,01 2,4869000 0,401534 988,76 2,4844000 0,420934 1.186,52 2,4820000 0,439934 1.384,27 2,4796000 0,458334 1.582,02 2,4773000 0,476234 1.779,78 2,4750000 0,493634 1.977,53 2,4728000 0,510534 2.175,28 2,4706000 0,527034 2.373,04 2,4685000 0,543034 2.570,79 2,4664000 0,558534 2.768,54 2,4644000 0,573634 2.966,29 2,4624000 0,588334 3.164,05 2,4604000 0,602634 3.361,80 2,4585000 0,616534 3.559,55 2,4566000 0,630134 3.757,31 2,4547000 0,643234 3.955,06 2,4529000 0,656034 4.152,81 2,4511000 0,668434 4.350,57 2,4494000 0,680534 4.548,32 2,4476000 0,692334 4.746,07 2,4459000 0,703734 4.943,82 2,4443000 0,714934 5.141,58 2,4426000 0,725734 5.339,33 2,4410000 0,736234 5.537,08 2,4395000 0,746534 5.734,84 2,4379000 0,756534 5.932,59 2,4364000 0,766234 6.130,34 2,4349000 0,775634

(14)

6.328,09 2,4334000 0,784834 6.525,85 2,4320000 0,793834 6.723,60 2,4306000 0,802534 6.921,35 2,4292000 0,811134 7.119,11 2,4278000 0,819334 7.316,86 2,4264000 0,827434 7.514,61 2,4251000 0,835334 7.712,37 2,4238000 0,842934 7.910,12 2,4225000 0,850434 8.107,87 2,4212000 0,857734 8.305,62 2,4200000 0,864834 8.503,38 2,4188000 0,871734 8.701,13 2,4175000 0,878534 8.898,88 2,4164000 0,885134 9.096,64 2,4152000 0,891534 9.294,39 2,4140000 0,897834 9.492,14 2,4129000 0,903934 9.689,89 2,4117000 0,909934 9.887,65 2,4106000 0,915734 10.085,40 2,4095000 0,921434 10.283,15 2,4085000 0,927034 10.480,91 2,4074000 0,932434 10.678,66 2,4063000 0,937734 10.876,41 2,4053000 0,942934 11.074,17 2,4973000 0,950134

(15)

1. Menghitung berat tumpukan katalis katalis  W V katalis  W V m 22848 , 9 kg/m 1200 kg 11.074,17 V ₃  3

2. Menghitung tinggi tumpukan katalis yang dibutuhkan Dipilih pipa dengan ukuran standar (Kern, table 11)

NPS : 1,5 in

Sch. No. : 40

Diameter luar (OD) : 1,90 in = 0,0483m = 0,1583 ft Diameter dalam (ID) : 1,61 in = 0,0409 m = 0,1342 ft

Perhitungan tinggi katalis dengan volume 1 buah tube adalah :

katalis  W V katalis      ₂ ID W 4 Z Dengan :

Z = tinggi tumpukan katalis (m) V = volume katalis dalam tube (m3) w = berat katalis (kg)

(16)

ρkatalis = densitas katalis (kg/m3)

ID = diameter dalam tube (m) Maka tinggi katalis keseluruhan :

m 13273 , 698 . 4 1200 05 , 0 11.074,17 4 Z ₂      

Dipilih tinggi tube standar 24 ft = 7,3152 m Sehingga didapat tinggi tumpukan katalis :

Z = 80% dari tinggi tube yang dipilih = 80% x 24 ft

= 19,2 ft = 5,8522 m

A.Menghitung jumlah tube (Nt) Jumlah tube yang dibutuhkan :

Nt =

Nt = Nt = 803 buah tube

3. Mechanical design reaktor a. Tube

Ukuran tube (Kern,1983):

Susunan tube = Triangular pitch

Bahan = Stainless steel

per tube katalis tinggi n keseluruha katalis tinggi tube 80322 , 802 5,85216 13273 , 698 . 4 _

(17)

Diameter nominal (NPS) = 1,50 in

Diameter luar (OD) = 1,90 in = 0,0483m = 0,1583 ft Diameter dalam (ID) = 1,61 in = 0,0409 m = 0,1342 ft

Schedule number = 40

Luas penampang = 2,04 in2 = 0,0013 m2 Tinggi tumpukan katalis = 5,85216 meter

Panjang pipa (L) =7,31520 meter

Susunan pipa yang digunakan adalah triangular pitch (segitiga sama sisi) dengan tujuan agar memberikan turbulensi yang lebih baik, sehingga akan memperbesar koefisien transfer panas konveksi (ho). Sehingga transfer panasnya lebih baik

daripada square pitch (Kern, 1983).

Gambar F.2. Susunan pipa model triangular pitch

Tebal pipa = (OD-ID)/2 = (1,90 - 1,61)/2 = 0,145 in = 0,00367 m PT C' 60 o 60 o 60 o A B C D

(18)

Jarak antar pusat pipa (PT)

PT = 1,25 x OD

= 1,25 x 1,90

= 2,375 inchi = 0,06032 m

Jarak antar pipa (Clearance) C’ = PT-OD

= 2,375 – 1,900

= 0,475 inchi = 0,01206 cm

Koefisien transfer panas dalam pipa

t w r e f ID P R k hi 14 , 0 33 , 0 8 , 0 . . . . 021 , 0 . 8 , 7          (F.51) Dimana : Pr = Cp.µ / kf

Cp = kapasitas panas = 0,8485 Btu/lb.F

kf = konduktivitas = 5,4825 Btu/ft.hr.F

μ/ μw = 1 ,karena non viskos

Tube Side atau Bundle Crossflow Area (at)

(F.52) ' t t t N a a  

(19)

= 803. ( 4 .IDt2  ) = 1,05469 m2 Mass velocity (Gt) Gt t t a W  35258 , 211 28735 , 066 . 311  = 27.400,48664 lb/jam.ft2 Maka, F . ft hr Btu 45,72381 hi  ₂ i h D D h o i io   (F.54) F . ft Btu/hr .45,72381 m 0,1583 m 0,1342 hio  2 F . ft hr Btu 74491 , 38 hio  ₂ 2. Shell

Bahan yang digunakan adalah Carbon Steel SA type 283 Ukuran Shell

(20)

IDs = 5 , 0 2 866 , 0 4             T P Nt

(Brownell & Young, 1979)

= 5 , 0 2 375 , 2 803 866 , 0 4           = 70,66991 in = 0,179502 ft = 1,79502 m Jarak Buffle Bs = IDs x 0,3 (F.56) = 1,79502 x 0,3 = 0,53851 m = 21,20097 in = 1,76675 ft

Koefisien transfer panas dalam shell

Shell Side atau Bundle Crossflow Area (as)

P B ID OD) P ( a t s t s     37500 , 2 20097 , 1 2 70,66991 47500 , 0 as    as = 299,65413 in2 = 2,08093 ft2

(21)

= 0,19333 m2 Mass Velocity (Gs) Dimana W = 534.140,76613 lb/jam Gs = 534.140,76613 /2,08093 Gs = 256.683,49726 lb/jam.ft2

Equivalent Diameter (De)

De = 1,37342 in = 0,11445 ft = 0,03489 m

Reynold Number (Re) G D Re pendingin s e   Re = 16.192,15903 s s a W G  OD OD P P De T T             5 . 0 ) 4 5 . 0 866 . 0 5 . 0 ( 4 2 9 , 1 5 . 0 ) 4 9 , 1 5 . 0 375 , 2 866 . 0 375 , 2 5 . 0 ( 4 2             De 9142 , 1 49726 , 683 . 256 11445 , 0 Re 

(22)

Maka,

(Kern, hal 137)

Dengan :

Kp = konduktivitas panas pendingin = 0,3623 Btu/hr.ft.oF Cpp = kapasitas panas pendingin = 1 Btu/lb.oF

p = viskositas pendingin = 1,8143 lb/ft jam

Dirt Factor (Rd)

Liquid organik = 0,001 hr.ft2.F/Btu

Pendingin = 0,003 hr.ft2.F/Btu Rd total = 0,004 hr.ft2.F/Btu

Koefisien Perpindahan Panas Overall Clean dan Design

Koefisien perpindahan panas overall clean dihitung dengan rumus :

h h h h U o io o io c  _ x 38,74491 402,75615 38,74491 x 402,75615 Uc   = 35,34476 Btu/h.ft2.F 3 / 1 55 , 0 p Kp p Cp p Cp Des Des K 36 , 0 _                  ho F ft jam Btu 75615 , 402 ₂    ho

(23)

Harga koefisien perpindahan panas overall design dihitung dengan rumus : R 1/ Uc 1 U d D  _ (Kern,1950) 0,004 35,34476 1/ 1 UD   = 30,96672 Btu/hr.ft2.F = 175,83832 J/s. m2.K

Pressure drop di shell

s s De 10 5,22 1) (N Ds G f Ps ₁₀ 2           s dimana

Ds = diameter shell (IDs) = 0,14958 ft

Mass velocity (Gs) = 256.683,49726 lb/jam.ft2 Equivalent diameter (De) = 0,11445 ft

= 1,0 (hal.121 Kern, 1950) 6,30114 1 B 12L 1) (N  

untuk Re = 16.192,1509 maka diperoleh : s = specific gravity = 1

f = shell side friction factor = 0,0018 ft2/in2 (Fig.29 Kern, 1950)

1 1 0,11445 10 5,22 6,30114) 1 ( 0,14958 6 56683,4972 2 0,0018 Ps ₁₀ 2         s oefficient correctedc s  

(24)

psi 0,48404 Ps   Tebal Shell

Spesifikasi bahan Stainless steel SA 167 Grade 11 type 316 Tekanan yang diijinkan (f) = 18.750 psi

Efisiensi sambungan (ε) = 0,8 (double welded joint) Corrosion allowanced = 0,25 in

Tebal shell dihitung dengan persamaan c p 0,6 -f r p t i s _   

 ( Brownell & Young) dengan

ts = tebal shell, inchi

P = tekanan dalam reaktor, psi ε = efisiensi sambungan ri = jari-jari dalam shell, inchi

f = tekanan maksimum yang diijinkan, psi C = Corrosion allowance = 0,25

Tekanan dalam shell

Tekanan desain diambil 20% diatasnya, maka: Pd = 1,2 x P

= 1,2 x 2,5 atm = 3 atm

(25)

Pd = 44,08794 psi maka,





0,25 44,08794 0,6 -8 , 0 18.750 70,66991/2 44,08794 ts      = 0,35404 in

diambil tebal standar 0,375 inchi

Diameter luar shell (ODs) ODs = IDs + 2 ts

= 70,66991 + (2 x 0,375) = 71,41991 in

3. Head dan Bottom

Untuk menentukan bentuk-bentuk head ada 3 pilihan : 1. Flanged and Standar Dished Head

Digunakan untuk vesel proses vertikal bertekanan rendah, terutama digunakam untuk tangki penyimpan horizontal, serta untuk menyimpan fluida yang volatil.

2. Torispherical Flanged and Dished Head

Digunakan untuk tangki dengan tekanan dalam rentang 15 – 200 psig. 3. Elliptical Flanged and Dished Head

(26)

Digunakan untuk tangki dengan tekanan tinggi dalam rentang 100 psig dan tekanan diatas 200 psig ( Brownell and Young, 1959).

Bentuk head dan bottom yang digunakan adalah Torispherical Flanged and Dished Head yang sesuai dengan kisaran tekanan sistem yaitu 15 – 200 psi. Bahan yang digunakan untuk membuat head dan bottom sama dengan bahan shell Carbon Steel SA 283 grade C. Tebal head dapat dihitung dari persamaan :

Menentukan inside radius corner (icr) dan corner radius (rc). OD = ID + 2t

= 71,41991 in

Dibulatkan menjadi 72 in untuk menetukan icr & rc

Diketahui tebal t = 0,375 in

Maka berdasarkan table 5.7 Brownell & Young : Icr = 4,37500 in rc = 76 in maka:           icr r w . 3 c 4 1 (Pers. 7.76, Brownel&Young) W = 1,79198

(27)

Tebal head minimum dihitung dengan persamaan berikut: c P f w r P th c    2 , 0 2 . .  (Pers. 7.77, Brownell&Young) = 0,45020 in

dari tabel 5.6 Brownell & Young untuk th = 0,5 in

sf = 3,5 in

Spesifikasi head :

Gambar F.2 Desain head pada reaktor

t a ID r sf OA icr B b=depth of dish A OD

(28)

Keterangan :

th = Tebal head (in)

icr = Inside corner radius ( in) r = Radius of dish( in) sf = Straight flange (in) OD = Diameter luar (in) ID = Diameter dalam (in) b = Depth of dish (in) OA = Tinggi head (in) ID = OD – 2th = 72 – 2(0,5) = 71 in Depth of dish (b)





₂





2 2 icr ID icr rc rc

b     (Brownell and Young,1959.hal.87)

= 11,55174 in

Tinggi Head (OA)

OA = th + b + sf (Brownell and Young,1959) = (0,5 + 11,55174 + 3,5) in

= 15,55174 in AB = ID/2 – icr

(29)

= 31,25000 in BC = rc – icr

= 76 in – 4,375 in = 71,62500 in

AC = BC2 AB2 = 64,44826 in

Jadi tinggi head = 15,55174 inchi = 0,39502 m

4. Tinggi Reaktor

Dari hasil perhitungan diperoleh tinggi tumpukan katalis yang dibutuhkan yaitu 5,8522 m.

Tinggi shell = Tinggi pipa standar yang digunakan = 24 ft

= 7,31520 m

Tinggi reaktor = tinggi shell + 2.(tinggi head) = 7,3152 + (2 x 0,39502) = 8,10523 m

= 26,59164 ft

5. Luas Permukaan Reaktor Luas reaktor bagian dalam

(30)

luas shell bagian dalam

Ashi = π x IDs x tinggi shell

= 3,14 x 5,93751 x 26,59164 = 496,02033 ft2

luas head dan bottom bagian dalam Ahbi = 2 x (π x IDs x sf + π/4 x IDs2)

= 2 x (3,14 x 5,93751 x 0,25 + ((3,14/4) x 5,93751 2)) = 66,22992 ft2

Jadi luas reaktor bagian dalam :

= 496,02033 ft2 + 66,22992 ft2 = 562,25025 ft2

Luas reaktor bagian luar luas shell bagian luar

Asho = π x ODs x tinggi shell

= 3,14 x 6 x 24 = 452,38934 ft2

luas head dan bottom bagian luar

Ahbo = 2 x(π x ODs x sf + ((π/4) x ODs2))

= 2 x(3,14 x 6 x 0,25 + ((3,14/4) x 62))

(31)

= 67,51557 ft2

Jadi luas reaktor bagian luar :

= 452,38934 ft2 + 67,51557 ft2 = 519,90492 ft2

6. Volume Reaktor

a. Volume head dan bottom



Volumehead pasf Volumehead padasf



Vhb2 tan 



IDs  IDs sf



  3 2 4 000049 , 0 2  (Brownel, Young, 1959) = 16,16393 ft3 b. Volume shell Ls IDs Vs  2  4  = 736,28167 ft3

Jadi volume reaktor

= 16,16393 + 736,28167 = 752,44561 ft3

(32)

7. Nozzle Umpan dan Produk Pada Reaktor

Saluran dibuat dengan menggunakan bahan stainless steel. Diameter optimum tube yang stainless steel dan alirannya turbulen (NRe > 2100) dihitung dengan

menggunakan persamaan : 37 , 0 5 , 0 293    G 

di_opt (Brownel, Young,1959)

dengan

diopt = diameter dalam pipa, mm

G = kecepatan aliran massa fluida, kg/s Ρ = densitas fluida, kg/m3

Pengecekan bilangan Reynolds     ' ID G NRe a Dengan:

G = kecepatan aliran massa fluida, kg/jam ID = diameter dalam pipa, m

µg = viskositas fluida, kg/m.jam

a’ = flow area, m2

Nozzle Umpan

1. Nozzle Aliran Benzene Masuk Diketahui :

(33)

ρ = 1,48508 kg/m3

µ = 3,87557 cp Maka :

diopt = 226.G0,5.ρ-0,35

= 123,19809 mm (4,85032 in) dari Tabel 11 (Kern, 1965), diperoleh nominal pipe size = 6 in schedule number = 40

OD = 6,62500 in (0,16828 m)

ID = 6,60500 in (0,16777 m)

Flow area per pipe, a’ = 28,90000 in2 (0,01865 m2)

Pengecekan Bilangan Reynold NRe =  '. a ID . G = 276.443,62207 (turbulen)

Maka anggapan menggunakan aliran turbulen adalah benar.

Spesifikasi nozzle standar (Brownel and Young, 1959, App. F item 1 dan 2, hal.349) :

Size = 6 in

OD of pipe = 6,625 in

Flange Nozzle thickness (n) = 0,432 in Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 6,75 in

(34)

Length of side of reinforcing plate, L = 16,25 in Width of reinforcing plate, W = 20,25 in Distance, shell to flange face, outside, J = 8 in Distance, shell to flange face, inside, K = 6 in Distance from Bottom of tank to center of nozzle - Regular, Type H = 11 in - Low, Type C = 8 1/8 in

Nozzle Produk

1. Nozzle Aliran Produk Diketahui : G = 141.097,30384 kg/jam ρ = 1,48992 kg/m3 µ = 2,79226 cp Maka : diopt = 226.G0,5.ρ-0,35 = 123,05790 mm (4,84480 in)

dari Tabel 11 (Kern, 1965), diperoleh nominal pipe size = 6 in schedule number = 40

(35)

ID = 6,60500 in (0,16777m) Flow area per pipe, a’ = 28,90000 in2 (0,01865 m)

Spesifikasi nozzle standar (Brownel and Young, 1959, App. F item 1 dan 2, hal.349) :

Size = 6 in

Flange Nozzle thickness (n) = 0,432 in Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 6,75 in Length of side of reinforcing plate, L = 16,25 in Width of reinforcing plate, W = 20,25 in Distance, shell to flange face, outside, J = 8 in Distance, shell to flange face, inside, K = 6 in Distance from Bottom of tank to center of nozzle - Regular, Type H = 11 in - Low, Type C = 8 1/8 in

(36)

Nozzle pendingin masuk Diketahui : G = 242.282,13446 kg/jam (67,30059 kg/s) Ρ = 1.022,8753 kg/m3 µ = 0,8500 cp (3,0600 kg/m.jam) Maka : diopt = 226.G0,5.ρ-0,35 = 163,93812 mm (6,45424 in)

dari Tabel 11 (Kern, 1965), nominal pipe size = 6 in schedule number = 40

OD = 6,62500 in (0,16828 m)

ID = 6,60500 in (0,16777m)

Flow area per pipe, a’ = 28,90000 in2 (0,01865 m)

(37)

Size = 6 in

Flange Nozzle thickness (n) = 0,432 in Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 6,75 in Length of side of reinforcing plate, L = 16,25 in Width of reinforcing plate, W = 20,25 in Distance, shell to flange face, outside, J = 8 in Distance, shell to flange face, inside, K = 6 in Distance from Bottom of tank to center of nozzle - Regular, Type H = 11 in - Low, Type C = 8 1/8 in

Nozzle pendingin keluar Diketahui : G = 242.282,13446 kg/jam (5,4255 kg/s) ρ = 1.008,9773 kg/m3 µ = 0,65 cp (2,34 kg/m.jam) Maka : diopt = 226.G0,5.ρ-0,35 = 164,72295 mm (6,48522 in)

(38)

dari Tabel 11 (Kern, 1965), diperoleh nominal pipe size = 6 in schedule number = 40

OD = 6,62500 in (0,16828 m)

ID = 6,60500 in (0,16777m)

Flow area per pipe, a’ = 28,90000 in2 (0,01865 m)

Size = 6 in

Flange Nozzle thickness (n) = 0,432 in Diameter of hole in reinforcing plate (DR) = 6,75 in Length of side of reinforcing plate, L = 16,25 in Width of reinforcing plate, W = 20,25 in Distance, shell to flange face, outside, J = 8 in Distance, shell to flange face, inside, K = 6 in Distance from Bottom of tank to center of nozzle

(39)

- Regular, Type H = 11 in - Low, Type C = 8 1/8 in

(a)

(b)

(40)

8. Penyangga tumpukan katalisator (Bed support/Grid support)

Grid support dirancang untuk menyangga katalisator untuk mencegah kelebihan pressure drop. Yang biasa digunakan adalah piringan yang berlubang-lubang (perforated plate) atau piringan yang bergelombang (slatted plate). Grid support ini biasanya dibuat dari bahan yang anti korosi seperti carbon steel, alloy steel, cast iron, atau cast ceramics (Rase, 1977).

Penyangga katalis berupa perforated plate dengan ketebalan tertentu. Tekanan yang harus ditahan oleh bed support = tekanan operasi + tekanan karena katalis a. Tekanan operasi

= 1,2 x 2,5 = 3 atm = 44,1 psi

b. Tekanan karena katalis

Perforated plate yang digunakan mempunyai lubang dengan luas sama dengan 50 % luas total tube. (Luas penampang tube(at) = 0,00131 m2)

Luas total pipa = Nt x at

= 803 x 0,00131 m2 = 1,05469 m2

Perforate plate = 50 % x Luas total pipa = 0,5 x 1,05469 m2 = 0,52734 m2

(41)

       f P C d t '

Tekanan karena katalis katalis penahan Luas katalis berat '.   2 . 0,52734 11.074,17 m kg  = 20.999,86824 kg/m2 = 29,86865 psi

Tekanan total perancangan

Ptotal = 44,10000 psi + 29,86865 psi = 73,96865 psi

Tebal plate dihitung dengan persamaan (13.27 Brownell & Young, 1959)

dengan

t = tebal minimum plate, inchi d = diameter plate, inchi P = tekanan perancangan, psi

f = maksimum allowable stress, 18.750 psi (bahan yang digunakan stainless steel SA 167 grade 11 type 316)

C’ = konstanta dari app H, C’ =0,75 (Brownell & Young)



73,96865 18.750



75 , 0 79502 , 1    t

(42)

= 0,09764 inchi

diambil tebal standar t = 0,1875 inchi

9. Tebal pemegang pipa

Pemegang pipa harus dapat menahan perbedaan tekanan antara dalam pipa dan dalam shell. Tebal pemegang pipa dihitung dengan persamaan :

tp CphDp P



 f



c dengan

Cph = konstanta design = 1,1 Dp = diameter shell, inchi

ΔP = perbedaan tekanan = 0,04840 λ = ligament efficiency = 0,5

f = maximum allowable stress = 18.750 psi c = corrosion allowance = 0,25 inchi

bahan konstruksi seperti yang digunakan sebagai bahan shell yaitu stainless steel SA 167 grade 11 type 316.





0,25 750 . 18 5 , 0 04840 , 0 66991 , 070 1 , 1   _   tp = 0,95858 inchi

(43)

10. Innert Ballast

Alat ini digunakan untuk melindungi permukaan katalisator dari pengaruh langsung aliran fluida dan meratakan aliran fluida umpan (Rase-Barrow, 1957). Innert ballast berupa bola-bola keramik dengan tebal tumpukan 0 – 6 inchi, digunakan tinggi tumpukan 6 inchi.

11. Distributor

Alat ini digunakan untuk meratakan aliran fluida masuk, jenis yang digunakan adalah typemultiple buffle distributor concentric cone, yang dipasang pada akhir bagian pipa pemasukan fluida.

12. Perhitungan Flange, Bolt dan Gasket dari Vessel

a. Sambungan head dengan shell

Sambungan antara tutup bejana dengan bagian shell menggunakan sistem flange dan baut. Bahan konstruksi yang dipilih berdasarkan pada kondisi operasi.

Data perancangan :

Tekanan disain = 40,42500 psi

Material flange = Carbon Steel SA-240 Grade A Bolting steel = Carbon Steel SA–193 Grade B6

Material gasket = soft steel

Diameter luar shell, B = 71,41991 in

(44)

Diameter dalam shell = 70,66991 in Tegangan dari material flange(fa) = 15.000 psi Tegangan dari bolting material(fb) =20.000 psi

Tipe flange terlihat pada gambar berikut : (Fig.12.24, Brownell&Young)

Gambar F.5. Tipe Flange dan Dimensinya

b. Perhitungan lebar gasket:

)] 1 ( [ .     m P y m P y d d i o

(Pers 12.2 Brownell & Young 1959) Dimana : do = diameter luar gasket, in

di = diameter dalam gasket, in

y = yield stress, lb/in2 (Fig. 12.11) m = faktor gasket (Fig. 12.11)

(45)

Digunakan material gasket yaitu soft steel, dari Fig. 12.11 Brownell & Young 1959 diperoleh : y = 18.000 dan m = 5,5 Sehingga,







5,5 1



] 55 , 242 [ 18000 5 , 5 55 , 242 18000      i o d d = 1,00114

Asumsi bahwa diameter dalam gasket di sama dengan diameter luar shell

70,66991 in, sehingga :

do = 1,00114 × 70,66991 in = 71,50125 in

Lebar gasket minimum (N) :

N =        2 i o d d = _       2 70,66991 71,50125 = 0,4414 in

Digunakan gasket dengan lebar 1/2 in. Keterangan :

N = Lebar gasket minimum (in) do = Diameter luar shell (in) di = Diameter dalam shell (in)

Diameter gasket rata-rata, G = di + lebar gasket

(46)

c. Perhitungan beban

Dari Fig. 12.12 Brownell & Young 1959 kolom 1 type 1.a bo = 0,25in, b b jika b 0,25

2   o o 

N

Sehingga, b= 0,25 in Wm2 = Hy

= x b x G x y (B & Y,1959, pers. 12.88) = 3,14 x 0,25 x 71,91991 x 18.000

= 1.016.228,26210 lb Keterangan :

Hy = Berat beban bolt maksimum (lb)

b = Effective gasket (in)

G = Diameter gasket rata-rata (in)

Berat untuk menjaga joint tight saat operasi digunakan Persamaan 12.90 Brownell & Young (1959) :

Hp = 2 b π G m p

= 2 x 0,25 x 3,14 x 71,91991 x 5,5 x 40,42500 = 25.105,07236 lb

Keterangan :

Hp = Beban join tight (lb)

m = Faktor gasket (fig.12.11) b = Effective gasket (in)

(47)

G = Diameter gasket rata-rata (in) P = Tekanan operasi (psi)

Beban dari tekanan internal dihitung dengan Persamaan 12.89 Brownell & Young (1959) : H = G P 4 . 2  40,42500 4 π.71,91991 H 2  H = 164.141,31154 lb

Beban operasi total dihitung dengan persamaan 12.91 Brownell & Young (1959) :

Wm1 = H + Hp

= 164.141,31154 + 25.105,07236 = 189.246,38390 lb

Berdasarkan perhitungan diatas, diperoleh Wm1 lebih besar daripada Wm2,

sehingga beban pengontrol berada pada Wm1 = 189.246,38390 lb.

Keterangan :

Wm1 = Beban berat bolt pada kondisi operasi (lb)

Wm2 = Beban berat bolt pada kondisi tanpa tekanan dalam (lb)

(48)

d. Perhitungan luas baut minimum (minimum bolting area) Dihitung dengan Persamaan 12.92 Brownell & Young (1959) :

2 1 1 9,46232 in 20.000 390 189.246,38    b m m f W A Keterangan :

Am1 = Total luas bolt pada kondisi operasi (in2)

Perhitungan ukuran baut optimum berdasarkan Tabel 10.4 Brownell&Young (1959) hal.188.

Dengan menggunakan ukuran baut = 0,625 in diperoleh data sebagai berikut :

Root area = 0,20200 in2

Bolt spacing standard (BS) = 3,00000 in Minimal radian distance (R) = 0,93750 in Edge distance (E) = 0,75000 in

Jumlah baut minimum = = 46,84316

Sehingga digunakan baut dengan ukuran 0,625 in sebanyak 47 buah. Bolt circle diameter, BC = 73,60616 in.

Perhitungan diameter flange luar :

Flange OD (A) = bolt circle diameter (BC) + 2 E Flange OD (A) = 75,10616 in

area root

(49)

Cek lebar gasket :

Ab aktual = Nbolt x Root Area

= 47 x 0,20200= 9,49400 in2

Lebar gasket minimum :

Nmin =

= 0,2236 in (Nmin < 0,5 in, pemilihan baut memenuhi)

e. Perhitungan moment :

1) Untuk bolting up condition (tanpa tekanan dalam) Beban desain diberikan dengan Persamaan :

W = ½ (Ab + Am1) fa (Pers. 12.94, B & Y,1959:242)

= ½ (9,49400 + 9,46232 ).20.000

= 119.898,71891 lb Keterangan :

W = Berat beban (lb)

Am1 = Luas baut minimum (in2)

Ab = Luas aktual baut (in2)

fa = Allowable stress (psi)

Hubungan lever arm diberikan pada Persamaan 12.101, Brownell & Young (1959) : G π y 2 f Abactual allaw

(50)

hG = ½ (C – G)

= ½ (73,60616 – 71,91991) = 0,84313 in

Keterangan :

hG = Tahanan radial circle bolt (in) BC = Bolt circle diameter (in) G = Diameter gasket rata-rata (in)

Flangemoment adalah sebagai berikut (B & Y, 1959, Tabel 12.4) :

Ma = W x hG

= 119.898,71891 lb x 0,84313 in = 101.089,60738 lb-in

2) Untuk kondisi saat beroperasi

Beban desain yang diberikan W = Wm1 = 119.898,71891 lb

Untuk hydrostatic end force pada permukaan dalam flange (HD)

HD = 0,785 B2p (Pers. 12.96, B & Y,1959:242)

= 0,785.(71,41991)2. 40,42500 = 161.866,96564 lb

Keterangan :

HD = Hydrostatic and force pada area dalam flange (lb)

B = Diameter dalam flange / OD shell (in) p = Tekanan operasi (psi)

(51)

The lever arm, hD (persamaan 12.100 Brownell&Young)

hD = ½ (BC – B)

= ½ (73,60616 in – 71,41991 in) = 1,09313 in

The moment, MD (dari persamaan 12.96 Brownell&Young) :

MD = HD x hD

= 161.866,96564 lb x 1,09313 in

= 176.940,82682 lb-in

Perbedaan antara flange-desin bolt load dengan hydrostatic end force total adalah :

HG = W – H = Wm1 – H

= 189.246,38390 lb – 164.141,31154 lb = 25.105,07236 lb

Momen komponen dihitung dengan persamaan 12.98 Brownell&Young: MG = HG x hG

= 25.105,07236 lb x 0,84313 in

= 21.166,71413 lb-in

Perbedaan antara hydrostatic end force total dan hydrostatic force end pada luas area dalam flange, HT (Persamaan 12.97, Brownell & Young) :

(52)

HT = H - HD

= 164.141,31154 lb – 161.866,96564 lb = 2.274,34590 lb

Hubungan lever arm, hT (Persamaan 12.102 Brownell & Young, 1959):

hT = ½ (hD + hG)

= ½ (1,09313 in + 0,84313 in) = 0,96813 in

The moment (Persamaan 12.97 Brownell&Young, 1959): MT = HT x hT

= 2.274,34590 lb x 0,96813 in = 2201,85112 lb-in

Jumlah moment untuk kondisi saat beroperasi, MO (Persamaan 12.97

Brownell & Young, 1959): MO = MD + MG + MT

= 200.309,39207 lb-in

Sehingga moment saat beroperasi sebagai pengontrol: Mmax = MO = 10.696.523,8837 lb-in

(53)

f. Perhitungan tebal flange : t = B f M Y a max

(Persamaan 12.85 Brownell & Young, 1959) K = A/B = 75,10616/71,41991 = 1,05161

Dari Fig.12.22 dengan K = 1,05161 (Brownell & Young, 1959) Diperoleh nilai Y = 40

t = = 0,78947 in

Sehingga diambil ketebalan flange = 7/8 in

Gambar F.6. Detail untuk Flange and bolt pada Head Reaktor

13. Berat Reaktor

Berat reaktor terdiri dari : a. Berat shell

Berat shell = ¼.π.(ODs2 – IDs2).Ls.ρstell

B f M Y max Gasket Bolt t = tebal flange d = diameter

(54)

= ¼.π.((1,81407 m)2 _{– (1,79502 m)}2

)(7,3152 m)(7.801 kg/m3) = 3.079,92051 kg

b. Berat head dan bottom

Berat head dan bottom = Vhb. ρstell

= (1,0677 m3)( 7.801 kg/m3) = 8.329,1277 kg

c. Berat tube

Berat tube = ¼.π.(OD2 – ID2).Ls.ρstell

= ¼.π.( (1,81407 m)2 – (1,79502 m)2)(7,3152 m)(7.801 kg/m3) = 165.924,14005 kg

d. Berat aksesoris pada reaktor

Nozzle umpan tube

Ukuran Nozzle = 6 in

Berat Nozzle = 10 lb (Brownell & Young, 1983)

Nozzle produk tube

(55)

Nozzle pendingin masuk shell

Nozzle pendingin keluar shell

e. Berat material dalam reaktor Berat bahan baku

Berat gas = ¼.π.ID2.Lt.ρgas.Nt

=¼.π.(1,79502m)2(7,3152m) x(1,4851 kg/m3)(803) = 22075,98226 kg

Berat katalis

Berat katalis = 11.074,17 kg Berat pendingin

Berat pendingin = flow area shell (As) x Lt x ρpendingin

= (0,19333 m2)(7,31520 m)( 1008,9773 kg/m3)

= 1.426,94050 kg

Total berat material dalam reaktor :

=(22075,98226 + 11.074,17 + 1426,94050 ) kg = 34.577,09276 kg

(56)

Jadi, total berat reaktor = berat shell + berat head + berat tube + berat material dalam reaktor

= 3.079,92051 kg+ 8.329,12770 kg + 165.924,14005 kg + 34.577,09276 kg

= 211.928,42491 kg

15. Desain Sistem Penyangga

Berat untuk perancangan = berat total reaktor = 211.928,42491 kg Reaktor disangga dengan 4 kaki.

Kaki penyangga dilas ditengah – tengah ketingggian (50 % dari tinggi total reaktor). a h A thp L 1/2 H tbp

(57)

 Lug Planning

Digunakan kaki (lug) tipe I-beam dengan pondasi dari cor atau beton.

Karena kaki dilas pada pertengahan ketinggian reaktor, maka ketinggian kaki:

Hlug = ½ H + L

= (½.26,58515) + 5 = 18,29258 ft = 219,51316 in

Keterangan :

H : tinggi total reaktor 26,58515 ft

L : jarak antara bottom reaktor ke pondasi (digunakan 5 ft)

1 1

2 2

Gambar F.9. Kaki penyangga tipe I beam

Dipilih digunakan I-beam 10 in (B & Y, App. G, item 2) dimensi I-beam :

kedalaman beam = 10 in Lebar flange = 4,944 in

(58)

Web thickness = 0,594 in Ketebalan rata-rata flange = 0,491 in Area of section (A) = 10,22 in2

Berat/ft = 35 lb

Peletakan dengan beban eksentrik (axis 1-1) : I = 145,8 in4

S = 29,2 in3 r = 3,26 in

Peletakan tanpa beban eksentrik (axis 2-2) : I = 8,5 in4

S = 3,4 in3 r = 0,91 in

Cek terhadap peletakan sumbu axis 1-1 maupun axis 2-2 .

Axis 1-1

l/r = 219,51316 in / 3,26 in

= 67,33532 (l/r < 120, memenuhi) (B & Y, 1959:201) Stress kompresif yang diizinkan (fc):

fc =         2 ₂ r 18.000 l 1 18.000

(59)

=         2₂ 26 , 3 18.000 219,51316 1 18.000 = 14.378,25356 lb/in2

fc <15.000 psi , sehingga memenuhi (Brownell and Young, p.201)

Jarak antara center line kolom penyangga dengan center line shell (a) : a = ½ x lebar flange + 1,5 = ½ x 4,944 +1,5 = 3,972 in y = ½ x lebar flange = ½ x 4,944 = 2,472 in Z = I/y = 145,8 / 2,472 = 58,9806 in3

Beban kompresi total maksimum tiap lug (P) :

P

(60)

P = n W Σ D n L) (H P 4 bc w   (Pers. 10.76, B & Y, 1959)

Umumnya vessel dengan penyangga lug atau lug supported memiliki ketinggian yang lebih rendah dibandingkan skirt supported vessel, sehingga wind load sangat minor pengaruhnya. Wind load cenderung mempengaruhi vessel jika vessel dalam keadaan kosong. Berat vessel dalam keadaan terisi oleh cwateran cenderung stabil (Hal.197, Brownell & Young, 1959).

P = n W Σ = 466.242,53480 lb / 4 = 116.560,63370 lb Keterangan :

Pw = beban angin total pada permukaan yang terbuka, lbm

H = tinggi reaktor di atas pondasi, ft

L = jarak dari fondasi ke bagian bawah reaktor, ft Dbc = diameter anchor-bolt circle, ft

n = jumlah penyangga, n

ΣW = berat reaktor kosong + berat liquid dan beban mati lainnya, lbm

(61)

Menghitung beban eksentrik : fec = Z a P. (Pers. 10.98, B & Y, 1959) = 58,9806 3,972 x 370 116.560,63 = 7.849,68234 lb/in2 f = fc – fec = 14.378,24356 lb/in2 – 7.849,68234 lb/in2 = 6.528,56122 lb/in2

Luas penampang lintang : A =

f P

(Pers. 10.98, Brownell and Young, 1959) = 7,76259 in2 < A tabel (10,22 in2), sehingga memenuhi.

Axis 2-2

l/r = 229,3694 in / 0,91 in

= 241,22325 (l/r >120, tidak memenuhi) (B & Y, 1959:201)

 Lug Planning

P = 116.560,63370 lb

(62)

Beban maksimum tiap baut: Pbolt = b n P = 4 370 116.560,63 = 29.140,15842 lb

Luas lubang baut : Abolt = bolt bolt f P (Pers.10.35, B &Y, 1959) = 12.000 42 29.140,158 = 2,42835 in2 Keterangan :

fbolt = stress maksimum yang dapat ditahan oleh setiap baut

= 12.000 psi

Digunakan baut standar dengan diameter = 2 1/4 in (Tabel 10.4,B & Y, 1959)

Ketebalan plat horizontal : thp = allow y f M 6 (Pers.10.41, B & Y, 1959:193) My =









         ln2 1 ₁ 1 4  e  l P_bolt (Pers.10.40, B & Y, 1959:192) dengan :

(63)

My = bending momen maksimum sepanjang sumbu radial, in-lb

P = beban baut maksimum, lb = 29.140,15842 lb

A = panjang kompresi plate digunakan,

= ukuran baut + 9 in = 2 1/4 in + 9 in = 11 1/4 in h = tinggi gusset

= 20 in (Brownell and Young, 1959, p.192) b = lebar gusset, in

= ukuran baut + 8 in = 2 1/4 in + 8 in = 10 1/4 in

l = jarak radial dari luar horizontal plate luar ke shell, in = 6 in µ = poisson’ratio (untuk steel, µ = 0,3) (Brownell and Young, 1959) fallow = stress yang diizinkan = 12,000 psi

γ1 = konstanta dari tabel 10.6 Brownell and Young, 1959

e = jarak konsentrasi beban = setengah dari dimensi nut, in = ½ x 2 1/4 in = 1,12500 in

Ketebalam plat kompresi:

l b

= 10 1/4 in / 6 in = 1,70833 in

(64)

Dari tabel 10.6, Brownell and Young, 1959, diperoleh γ1 γ1 = 0,009683 My =









      _ _    1 0,0968 8125 , 0 6 2 ln 3 , 0 1 4 42 29.140,158   = 5.779,34496 lb-in thp = 12.000 6 5.779,3449 6

= 1,35992 in (digunakan plat standar 1 1/2 in)

Ketebalan gusset

tg = 3/8 x thp (Pers.10.47, B & Y, 1959)

= 3/8 x 1 1/2 = 9/16 in

dipilih tebal standar = 9/16 in = 0,56250 in

tg=9/16" a=3,972" l=6" A=10 5/8" h=20" b=9 5/8" 2 1/4 “ 2 1/4 " 1 1/4 “ h=20"

(65)

 Base Plate Planning

Digunakan I- beam dengan ukuran 10 in dan 35 lb/ft

Panjang kaki (Hlug) = 18,29258 ft

Sehingga berat satu lug = 18,29258 ft x 35 lb/ft

= 640,24020 lb Beban base plate

Pb = berat 1 lug + P = 640,24020 lb + 116.560,63370 lb = 117.200,87390 lb m n 0,95 h b 0,8 f_w l_e p_a

Gambar F.11. Sketsa area base plate

Base plate area :

Abp = f P_b = 300 390 117.200,87 = 215,04748 in2 (= Abp min)

(66)

Dengan:

Pb = base plate loading

f = kapasitas bearing (untuk cor, f = 300 psi) Untuk posisi lug 1-1

Abp = lebar (le) x panjang (pa)

= (0,8 fw + 2n)(0,95 hb + 2m)

dengan :

fw = lebar flange (4,944 in)

hb = kedalaman beam (10 in)

m = n (diasumsikan awal) Abp = (0,8 x 4,944 + 2n)(0,95 x 10 + 2m) 215,04748 in2 = (0,8 x 4,944 + 2n)(0,95 x 10 + 2m) Didapat nilai n = 4,4212 in maka, le = (0,8 x 4,944) + (2 x 4,4212) = 12,37920 in pa = (0,95 x 10) + (2 x 4,4212) = 17,92400 in

umumnya dibuat pa = le, maka dibuat pa = le = 12,37920 in

(67)

= 12,37920 x 12,37920 = 153,24459 in2 nbaru = 2 ) . 8 , 0 1 ( _e  f_w =





2 944 , 4 8 , 0 12,37920   = 4,21200 in mbaru =





2 . 95 , 0 _b a h p  =





2 10 95 , 0 12,37920  = 1,43960 in Tekanan aktual, Pa : Pa = baru bp, b A P = 153,24459 90 117200,873 = 764,79615 psi

Tebal base plate:

tbp = (0,00015 x Pa x n2)1/2

= (0,00015 x 764,79615 x 4,4212 2)1/2

(68)

Perancangan Pondasi

Perancangan pondasi dengan sistem konstruksi beton terdiri dari campuran semen: kerikil : pasir, dengan perbandingan 1 : 2 : 3. Direncanakan pondasi berbentuk limas terpancung. Dianggap hanya gaya vertikal dari berat kolom yang bekerja pada pondasi.

Berat vesel, termasuk perlengkapannya yang diterima oleh : I-Beam pada kondisi operasi = 466.242,53480 lbm

Berat I-Beam yang diterima oleh base plate = 117.200,87390 lbm +

Jadi berat total yang diterima oleh pondasi = 583.443,40870 lb

Digunakan tanah dengan ukuran :

Luas bagian atas (a) = 5.100,80288 in2 (71,41991 in x 71,41991 in) Luas bagian bawah (b) = 5.840,00193 in2 (76,41991 in x 76,41991 in)

= 40,55557 ft2

Tinggi pondasi = 30 in

Volume pondasi = 1/3 x tinggi pondasi x ((a+b) + (axb)1/2 ) = 163.987,07205 in3

= 94,89993 ft3 Berat pondasi (W) = V x densitas beton

= 94,89993 ft3 x 140 lb/ft = 13.285,98963 lb

(69)

Jadi berat total yang diterima tanah adalah