LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas pabrik : 40.000 ton / tahun
: 40.000 ton 1000 kg 1 tahun 1 hari
tahun × ton × 330 hari × 24 jam
: 5050,5169 kg/jam Waktu operasi : 330 hari / tahun
: 24 jam / hari Satuan operasi : kg / jam
Basis perhitungan : 3187,2717 kg / jam
LA.1 Tangki pengencer H2SO4 (M-116)
Fungsi : untuk mengencerkan larutan H2SO4 60 % menjadi larutan H2SO4 14
%.
Neraca massa total :
M3 = M1 + M2
Dimana :
M1 : Massa dari tangki storage H2SO4 60 %
M2 : Massa dari Water Proses
M3 : Massa menuju Reaktor
Kompisisi H2SO4 masuk tangki pengencer :
- H2SO4 = 60% x 2857,2717 kg/jam
= 1714,3630 kg/jam
- H2O = 40% x 2857,2717 kg/jam
= 1142,9087 kg/jam
Pengenceran H2SO4 dari 60% menjadi 14%
Tangki
M1 M3
(
)
(
)
jam kg 12245,4501 V 0,14 x V 0,6 x jam kg 2857,2717 : maka 0,4 N 0,6 N jam kg 2857,2717 V : Jika % 14 SO H .N V % 60 SO H .N V 2 2 2 1 1 4 2 2 2 4 2 1 1 = = = = = = Komposisi H2SO4 keluar tangki pengencer :
- H2SO4 = 14%
- H2O = 86%
H2O yang terkandung dalam H2SO4 60% = x 2857,2717
100 40
= 1142,9087 kg/jam H2O yang terkandung dalam H2SO4 14% = x12245.4501
100 86
= 10531,0871 kg/jam Kebutuhan H2O yang digunakan untuk pengenceran =
= 10531,0871 – 1142,9087 = 9388,1784 kg/jam
Tabel LA.1 Neraca Massa Pada Tangki Pengencer H2SO4
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam)
H2SO4 60 % : 1714,3630
Dari Storage (M1)
H2O : 1142,9087
H2O : 9388,1784
Dari Water Proses (M2)
Ke Reaktor ( H2SO4 : 1714,3630 M3) H2O : 10531,0871 TOTAL : 12245,4501 TOTAL : 12245,4501 LA.2 Reaktor (R-110)
Fungsi : Untuk mereaksikan CuO dengan larutan H2SO4 14% menjadi CuSO4 dan
Neraca massa total :
M5 = M3 + M4
Dimana :
M3 : Massa dari tangki pengencer H2SO4
M4 : Massa dari Storage CuO
M5 : Massa menuju Rotary Vacuum Filter
Komposisi bahan masuk reaktor :
H2SO4 : 1714,3630 kg/jam
H2O : 10531,0871 kg/jam
Karena perbandingan feed masuk adalah 1:1 maka dapat dihitung : H2SO4 = 98 3630 , 1714 = 17,4935 kgmol/jam Konversi reaksi = 99% terhadap CuO
Reaksi : CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O
Mula-mula : 17,4935 17,4935 - - Bereaksi : 17,3186 17,3186 17,3186 17,3186 Sisa : 0,1749 0,1749 17,3186 17,3186 CuO masuk = 17,4935 x 80 = 1399,4800 kg/jam CuO bereaksi = 17,3186 x 80 = 1385,4852 kg/jam CuO sisa = 0,1749 x 80 = 13,9948 kg/jam H2SO4 masuk = 17,4935x 98 = 1714,3630 kg/jam
H2SO4 bereaksi = 17,3186 x 98 = 1697,2194 kg/jam
H2SO4 sisa = 0,1749x x 98 = 17,1436 kg/jam
CuSO4 produk = 17,3186 x 160 = 2770,9704 kg/jam
H2O terbentuk = 17,3186 x 18 = 311,7342 kg/jam
Kemurnian CuO = 99 %
Reaktor
M3 M5
Impuritis = 1 %
CuO yang digunakan untuk reaksi = 1399,4800 kg/jam 0,99X = 1399,4800
X = 1413,6162
Jadi Impuritis = 0,01 x 1413,6162 = 14,1362 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Reaktor
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam) Dari Tangki Pengencer H2SO4 (
H2SO4 : 1714,3630
M3)
H2O : 10531,0871
Dari Storage CuO (
CuO : 1399,4800 M4)
Impuritis : 14,1362
Ke Rotary Vacuum Filter (
CuO : 13,9948 M5) H2SO4 : 17,1436 CuSO4 : 2770,9704 H2O : 10842,8213 Impuritis : 14,1362 TOTAL : 13659,0663 TOTAL : 13659,0663
LA.3 Rotary Vakum Filter (H-121)
Fungsi : Untuk mencuci dan memisahkan cake dari filtratnya
Neraca massa total :
M7 = (M5 + M6) – M8
Dimana :
M5 : Massa dari tangki reaktor
M6 : Massa dari Water Proses
M7 : Massa menuju Evaporator
M8 : Massa menuju Unit Pengolahan Limbah
RVF
M5 M8
M6
Komposisi bahan masuk (kg/jam) : CuO : 13,9948 kg/jam H2SO4 : 17,1436 kg/jam CuSO4 : 2770,9704 kg/jam H2O : 10842,8213 kg/jam Impuritis : 14,1362 kg/jam 13659,0663 kg/jam Solid masuk : CuO : 13,9948 kg/jam = 49,7487 % Impuritis : 14,1362 kg/jam = 50,2513 % 28,1310 kg/jam 100,0000 %
Air pencuci yang digunakan (asumsi 90 % dari solid) : (Hugot, 472) 90 % x 28,1310 = 25,3179 kg/jam Liquid masuk : H2SO4 : 17,1436 kg/jam = 0,1255 % CuSO4 : 2770,9704 kg/jam = 20,2909 % H2O : 10842,8213 kg/jam = 79,5836 % 13656,2532 kg/jam = 100,0000 % Liquid yang terikut filtrat 99 % dari total liquid yang masuk : 13519,6907 Cake yang terikut filtrat 1 % dari total solid : 0,2813
Total filtrat : 13519,9720
Liquid yang terikut cake 1 % dari total liquid yang masuk : 136,5625 Cake yang dibuang 99 % dari total solid : 27,8497
Total cake : 164,4122
(Hugot,470)
Komposisi filtrat setelah pencucian dan penyaringan :
CuO : 49,7487 % x 0,2813 = 0,1399 kg/jam H2SO4 : 0,1255 % x 13519,9720 = 16,9722 kg/jam CuSO4 : 20,2909 % x 13519,6907 = 2743,2607 kg/jam H2O : 79,5836 % x 13519,6907 =10759,4578 kg/jam Impuritis : 50,2513 % x 0,2813 = 0,1414 kg/jam 13519,9720 kg/jam
Komposisi cake setelah pencucian dan penyaringan : CuO : 49,7487 % x 27,8497 = 13,8549 kg/jam H2SO4 : 0,1255 % x 136,5626 = 16,9722 kg/jam CuSO4 : 20,2909 % x 136,5626 = 27,7097kg/jam H2O : 79,5836 % x 136,5626 = 108,6814 kg/jam Impuritis : 50,2513 % x 0,9747 = 13,9948 kg/jam 164,4122 kg/jam Tabel LA.3 Neraca Massa Pada Rotary Vacuum Filter
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam) Dari tangki reaktor (
H2SO4 : 17,1436 M5) CuO : 13,9948 CuSO4 : 2770,9704 H2O : 10842,8213 Impuritis : 14,1362 13659,0663 Dari Water Proses (
H2O : 25,3197 M6) Ke Evaporator (M7 H2SO4 : 16,9722 ) CuO : 0,1399 CuSO4 : 2743,2607 H2O : 10759,4578 Impuritis : 0,1414 13519,9720 Ke Unit Pengolahan Limbah (M8
H2SO4 : 0,1714 ) CuO : 13,8549 CuSO4 : 27,7097 H2O : 108,68214 Impuritis : 13,9948 Jumlah 164,3842 TOTAL : 13684,3842 TOTAL : 13684,3842 LA.4 Evaporator (V-120)
Fungsi : Untuk memekatkan konsentrasi larutan CuSO4 dari 20,3 % menjadi 45
%
Evaporator
M7 M10
Neraca massa total : M10 = M7 – M9
Dimana :
M7 : Massa dari Rotary Vacuum Filter
M9 : Massa menuju Kondensor
M10 : Massa menuju Kristalizer
Komposisi bahan masuk :
CuO : 0,1399 kg/jam H2SO4 : 16,9722 kg/jam CuSO4 : 2743,2607 kg/jam H2O : 10759,4578 kg/jam Impuritis : 0,1414 kg/jam 13519,9720 kg/jam
Diasumsikan konsentrasi larutan CuSO4 yang diinginkan 45 %, hanya air yang
diuapkan dengan suhu operasi 75 oC.
Uap air yang terbentuk = 45 % x 10759,4578 kg = 4841,7560 kg/jam H2O sisa = 10759,4578 – 4841,7560
= 5917,7018 kg/jam Bahan keluar evaporator :
CuO : 0,1399 kg/jam H2SO4 : 16,9722 kg/jam CuSO4 : 2743,2607 kg/jam H2O(l) : 5917,7018 kg/jam H2O(g) : 4841,7560 kg/jam Impuritis : 0,1414 kg/jam % CuSO4 masuk = 100% 9720 , 13519 2607 , 2743 × = 20,3 % Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Evaporator
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam) Dari Rotary Vacuum Filter (M7) Ke Kondensor (M9)
H2SO4 : 16,9722 CuO : 0,1399 CuSO4 : 2743,2607 H2O : 10759,4578 Impuritis : 0,1414 H2O(g) : 4841,7560 Ke Kristalizer (M10) H2SO4 : 16,9722 CuO : 0,1399 CuSO4 : 2743,2607 H2O(l) : 5917,7018 Impuritis : 0,1414 8678,2160 TOTAL : 13519,9720 TOTAL : 13519,9720 LA.5 Kristaliser (X-125)
Fungsi : Untuk mengkristalkan CuSO4 yang keluar dari evaporator menjadi
CuSO4.5H2O
Neraca massa total : M11 = M10
Dimana :
M10 : Massa dari Evaporator
M11 : Massa menuju Centrifuge
Komposisi bahan masuk :
H2SO4 : 16,9722 kg/jam
CuO : 0,1399 kg/jam CuSO4 : 2743,2607 kg/jam
H2O(l) : 5917,7018 kg/jam
Impuritis : 0,1414 kg/jam
Jika diinginkan CuSO4 yang mengkristal sebanyak 81,28 % (untuk 14oC) :
CuSO4 terkristal = 81,28 % x 2743,2607
= 2229,7223 kg/jam Kristalizer
5 H2O terkristal = 2743,2607 160 18 5 × × = 1543,0842 kg/jam CuSO4.5H2O terkristal = 2229,7223 + 1543,0842 = 3772,8065 kg/jam Komposisi larutan sisa :
CuO = 0,1399 kg/jam H2SO4 = 16,9722 kg/jam CuSO4 = (2743,2607-2229,7223) = 513,5384 kg/jam H2O = (5917,7018-1543,0842) = 4374,6176 kg/jam Impuritis = 0,1414 kg/jam 4905,4095 kg/jam Komposisi keluar kristalizer :
CuSO4.5 H2O : 3772,8065 kg/jam CuO : 0,1399 kg/jam H2SO4 : 16,9722 kg/jam CuSO4 : 513,5384 kg/jam H2O : 4374,6167 kg/jam Impuritis : 0,1414 kg/jam 8678,2160 kg/jam
Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Kristalizer
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam)
CuO : 0,1399 Dari Evaporator (M10) H2SO4 : 16,9722 CuSO4 : 2743,2607 H2O(l) : 5917,7018 Impuritis : 0,1414 Ke Centrifuge ( CuSO4.5 H2O : 3722,8065 M11) CuO : 0,1399 H2SO4 : 16,9722 CuSO4 : 513,5384 H2O : 4734,6176 Impuritis : 0,1414 TOTAL : 8678,2160 TOTAL : 8678,2160
LA.6 Centrifuge (H-126)
Fungsi : Untuk memisahkan Kristal CuSO4.5H2O dari mother liquor (larutan
induk)
Neraca massa total :
M14 = (M12 + M11) – M13
Dimana :
M11 : Massa dari Kristalizer
M12 : Massa dari Water Proses
M13 : Massa menuju Unit Pengolahan limbah
M14 : Massa menuju Rotary Dryer
Komposisi bahan masuk :
CuSO4.5 H2O : 3722,8065 kg/jam CuO : 0,1399 kg/jam H2SO4 : 16,9722 kg/jam CuSO4 : 513,5384 kg/jam H2O : 4734,6176kg/jam Impuritis : 0,1414 kg/jam 8678,2160 kg/jam
Air yang dipakai untuk pencucian 4 % dari CuSO4.5 H2O maka :
H2O = 4 % x 3772,8065 kg/jam
= 150,9123 kg/jam
Total bahan masuk centrifuge = 8678,2160 + 150,9123 = 8829,1283 kg/jam
CuSO4.5 H2O basah yang terbentuk mengandung 5 % H2O :
Kandungan H2O dalam CuSO4.5 H2O basah = 5 % x 3772,8065
Centrifuge
M11 M14
M12
= 188,6403 kg/jam Komposisi kristal terbentuk :
CuSO4.5 H2O = 3772,8065kg/jam
H2O = 188,6403 kg/jam
Komposisi mother liquor :
CuO : 0,1399 kg/jam H2SO4 : 16,9722 kg/jam
CuSO4 : 513,5384 kg/jam
H2O : 4336,8895 kg/jam
Impuritis : 0,1414 kg/jam
Tabel LA.6 Neraca Massa Pada Centrifuge
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam) Dari Kristalizer ( CuSO4.5 H2O : 3772,8065 M11) CuO : 0,1399 H2SO4 : 16,9722 CuSO4 : 513,5384 H2O : 4374,6176 Impuritis : 0,1414 8678,2160 H2O : 150,9123
Dari Water Proses (M12)
Ke Unit Pengolahan Limbah (
CuO : 0,1399 M13) H2SO4 : 16,9722 CuSO4 : 513,5384 H2O : 4336,8895 Impuritis : 0,1414 4867,6815 Ke Rotary Dryer ( CuSO4.5 H2O : 3772,8065 M14) H2O : 188,6403 3961,4468 TOTAL : 8829,1283 TOTAL : 8829,1283
LA.7 Rotary Dryer (B-130)
Fungsi : Untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam CuSO4.5 H2O
Rotary Dryer
M14 M16
Neraca massa total : M16 = M14 – M15
Dimana :
M14 : Massa dari Centrifuge
M15 : Massa menuju Cyclone
M16 : Massa menuju Bin
Komposisi bahan masuk :
CuSO4.5 H2O : 3772,8065 kg/jam
H2O : 188,6403 kg/jam
3961,4468 kg/jam Asumsi H2O yang diuapkan 90 % maka :
H2O = 90 % x 188,6403 kg/jam
= 169,7763 kg/jam
H2O sisa = (188,6403 – 169,7763) kg/jam
= 18,8640 kg/jam
Komposisi bahan masuk dari RD ke Pengepakan :
CuSO4.5 H2O = 0,9 x 3772,8065 kg/jam = 3395,5258 kg/jam
H2O = 0,9 x 18,8640 kg/jam = 16,9776 kg/jam
3412,5035 kg/jam Komposisi bahan masuk dari RD ke cyclone :
CuSO4.5 H2O = 0,1 x 3772,8065 kg/jam = 377,2806 kg/jam
H2O = 0,1 x 18,8640 kg/jam = 1,8864 kg/jam
379,1671 kg/jam Tabel LA.7 Neraca Massa Pada Rotary Dryer
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam)
CuSO4.5 H2O : 3772,8065 Dari Centrifuge (M14) H2O : 188,6403 3961,4468 CuSO4.5 H2O : 377,2806 Ke Cyclone (M15) H2O : 1,8864 379,1617 H2O(g) : 169,7763
Udara : 1007,0983 Udara : 1007,0983 CuSO4.5 H2O : 3395,5258 Ke pengepakan (M16) H2O : 16,9776 3412,5035 TOTAL : 4968,5451 TOTAL : 4968,5451 LA.8 Cyclone (H-136)
Fungsi : Untuk menyaring udara dari kristal CuSO4.5 H2O yang terikut
Neraca massa total : M18 = M15 – M17
Dimana :
M15 : Massa dari Rotary Dryer
M17 : Massa hilang bersama udara
M18 : Massa menuju Pengepakan
Komposisi bahan masuk :
CuSO4.5 H2O : 377,2806 kg/jam
H2O : 1,8864 kg/jam
379,1671 kg/jam Asumsi komponen yang terikut udara 1 %
Komposisi bahan keluar cyclone masuk Pengepakan :
CuSO4.5 H2O : 0,99 x 377,2806 = 373,5078 kg/jam
H2O : 0,99 x 1,8864 = 1,8675 kg/jam
375,3754 kg/jam Komposisi bahan keluar cyclone yang hilang :
CuSO4.5 H2O : 0,01 x 377,2806 = 3,7728 kg/jam H2O : 0,01 x 1,8864 = 0,0189 kg/jam Cyclone M15 M18 M17
3,7917 kg/jam Tabel LA.8 Neraca Massa Pada Cyclone
Bahan Masuk (kg/jam) Bahan Keluar (kg/jam)
CuSO4.5 H2O : 377,2806
Dari Rotary Dryer (M15)
H2O : 1,8864
379,1671 Udara : 1007,0983
CuSO4.5 H2O : 3,7728
Hilang bersama udara (M17)
H2O : 0,0189 3,7917 Udara :1007,0983 CuSO4.5 H2O : 373,5078 Ke Pengepakan (M18) H2O : 1,8675 46,9219 TOTAL : 1386,2654 TOTAL : 1386,2654
Persen Kemurnian produk
=
(3395,5258+373,2806)(3412,5035+375,3754)
x 100% = 99,50 %
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Kapasitas pabrik : 40.000 ton / tahun
: 40.000 ton 1000 kg 1 tahun 1 hari
tahun × ton × 330 hari × 24 jam
: 3787,8788 kg/jam Waktu operasi : 330 hari / tahun
: 24 jam / hari Satuan operasi : kkal / jam
Suhu referensi : 25oC (Hougen,297)
LB.1. Tangki Pengencer H2SO4 (M-116)
Neraca panas total : ∆H1 + ∆H2 + ∆HP = ∆H3 + Qloss
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada H2SO4 pekat
∆H2 = panas yang terkandung pada air pengencer masuk
∆H3 = panas yang terkandung pada larutan H2SO4 encer keluar
∆HP = panas pelarutan H2SO4
Qloss = panas yang hilang
∆H1 = m . Cp . ∆T
Menghitung panas yang terkandung pada H2SO4 pekat (∆H1) :
= 2857,2717 kg/jam x 0,3504 kkal/kgoC x (30-25)oC = 5005,9400 kkal/jam
∆H2 = m . Cp . ∆T
Menghitung panas yang terkandung pada air pengencer masuk (∆H2) :
= 9388,1784 kg/jam x 0,9987 kkal/kgoC x (30-25)oC = 46879,8688 kkal/jam ∆HP Qloss ∆H3 ∆H2 ∆H1 T=30oC T=30oC T=29,4203o C
Diketahui panas pelarutan H2SO4 adalah sebesar 6,7612 kJ/kgmol
Menghitung panas pelarutan H2SO4 (∆HP) :
∆HP = 6,7612 kJ/kgmol x 30,5506 kgmol/jam x 0,2390 kkal/kJ
= 49,3680 kkal/jam
Asumsi : Qloss = 1 % dari panas yang masuk
Menghitung panas yang hilang (Qloss) :
= 0,01 x (∆H1 + ∆H2 + ∆HP)
= 0,01 x (5005,9400 + 46879,8688 + 49,3680) kkal/jam = 519,3518 kkal/jam
∆H1 + ∆H2 + ∆HP = ∆H3 + Qloss
Menghitung panas yang terkandung pada larutan H2SO4 encer keluar (∆H3) :
5005,9400 + 4646879,8688 + 49,3680 = ∆H3 + 519,3518
∆H3 = 514515,8246 kkal/jam
∆H3 = m . Cp . ∆T
Menghitung suhu larutan H2SO4 encer keluar :
514515,8246 = 12245,4501 kg/jam x 0,9562 kkal/kgoC x (T-25)oC 4,3911 = T – 25
T = 29,3911 oC
Tabel LB.1. Neraca Panas Pada Tangki Pengencer H2SO4
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 5005,9400 ∆H2 : 5859,9842 ∆HP : 49,3680 ∆H3 : 51415,8246 Qloss : 519,3518 Total : 51935,1764 Total : 51935,1764 LB.2. Heater H2SO4 (E-118)
Neraca panas total : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
Q ∆H1 T1=30oC ∆H2 T2=75oC Qloss
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar
Q = panas yang terkandung dalam steam Qloss = panas yang hilang
Dari perhitungan sebelumnya, panas yang terkandung pada bahan yang masuk : (∆H1 ) = 6469,7434 kkal/jam
Tabel LB.2. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H2) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T ( o C) ∆H2 (kkal/jam) H2SO4 H2O 1714,3630 10531,0871 0,9562 0,9987 ( 75 – 25 ) ( 75 – 25 ) 81963,6950 525869,8343 T o t a l : 607833,5294 ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
Menghitung panas yang terkandung dalam steam (Q) :
51415,8246 + Q = 607833,5294 + (1 % x (∆H1 + Q))
Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan P steam = 475,8 kpa, dari steam table (Van Ness,670) didapatkan :
T = 150 oC
λ = 2113,2 kJ/kg x (1 kkal/4,1840 kJ) = 505,0669 kkal/kg
Q = M x λ
Menghitung kebutuhan steam yang diperlukan (M) :
∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
51415,8246 + Q = 607833,5294 + (1 % x (∆H1 + Q))
51415,8246 + 505,0669 M = 607833,5294 + 514,15 + 5,0507 M M = 1113,8276 kg/jam
Tabel LB.3. Neraca Panas Pada Heater H2SO4
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 51415,8246 Q : 562557,4374 ∆H2 : 607833,5294 Qloss : 6139,7326 Total : 613973,2620 Total : 613973,2620 LB.3. Reaktor (R-110)
Neraca panas total : ∆H1 + ∆H2 + ∆H4 + ∆HR = ∆H3 + ∆H5 +Qloss
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada CuO dari open storage
∆H2 = panas yang terkandung pada larutan H2SO4 masuk
∆H3 = panas yang terkandung pada produk keluar
∆H4 = panas yang terkandung pada Brine masuk
∆H5 = panas yang terkandung pada Brine keluar
∆HR = panas reaksi
Qloss = panas yang hilang
Dari perhitungan sebelumnya, panas yang terkandung pada larutan masuk (∆H2) =
607833,5294 kkal/jam Menghitung panas reaksi
Dari table 29 (Hougen, hal 297), didapat ∆Hf pada 25oC :
(∆HR 25oC) : ∆Hf CuO = -37,1 kkal/kgmol ∆Hf H2SO4 = -193,91 kkal/kgmol ∆Hf CuSO4 = -184,00 kkal/kgmol ∆Hf H2O = -68,3174 kkal/kgmol ∆HR 25oC = [∆Hf CuSO4 + ∆Hf H2O] – [∆Hf CuO + ∆Hf H2SO4] = [(-184,00 x 17,3186) + (-68,3174 x 17,3186)] – ∆HR ∆H1 ∆H4 ∆H3 ∆H5 ∆H2 T=30oC T=-40oC T=10oC T=75oC Qloss
[(-37,1 x 17,3186) + (-193,91 x 17,3186)]
= [-3186,6224 – 1183,1617] – [-642,5201 – 3358,2497] = -4369,7841 – (-4000,7698)
= -369,0143 kkal/jam
Tabel LB.4. Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk (∆H1) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H1 (kkal/jam) CuO Impuritis 1399,4800 14,1362 377,1799 68,3743 (30-25) (30-25) 527855,7265 966,5528 T o t a l 558822,2792
Tabel LB.5. Menghitung panas yang terkandung pada reaktan (∆HReaktan) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆HReaktan (kkal/jam) CuO H2SO4 1385,4852 1697,2194 377,1799 0,8839 (30 – 25) (75 – 25) 522577,1692 75008,6114 T o t a l 597585,7806
Tabel LB.6. Menghitung panas yang terkandung pada produk (∆Hproduk) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆Hproduk (kkal/jam) CuSO4 H2O 2770,9704 311,7342 0,1506 1,0029 (80-25) (80-25) 22951,9478 17195,1026 T o t a l 40147,0504
∆HR = ∆Hproduk - ∆Hreaktan + ∆HR 25oC
= 40147,0504 – 597585,7806 - 369,0143 = -557807,7445 kkal/jam
Tabel LB.7. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H3) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H3 (kkal/jam) CuO Impuritis H2SO4 CuSO4 H2O 13,9948 14,1362 17,1436 2770,9704 10842,8213 41,7004 6,2637 0,8841 0,1506 1,0029 (80-25) (80 – 25) (80 – 25) (80 – 25) (80 – 25) 583,5888 88,5449 833,6161 22951,9478 598084,6015 T o t a l 622542,2991
Menghitung panas yang hilang
Asumsi Qloss = 1 % dari jumlah panas masuk
(Qloss) :
= 0,01 (∆H1 + ∆H2 + ∆HR)
= 0,01 (528822,2792+ 607833,5294 + 557807,7445) = 16944,63553 kkal/jam
Menghitung panas yang diserap
∆H1 + ∆H2 + ∆HR = (∆H3 + Qloss) + Qserap
(Qserap) :
1694463,5531= (622542,2991+ 16944,63553) + Qserap
jam kg 6532 , 3506 (-45)) -(10 x 5,47 48 1054976,61 T Cp Q brine Kebutuhan serap = = ∆ =
Tabel LB.8. Neraca Panas Pada Reaktor
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 528822,2972 ∆H2 : 607833,5294 ∆HR : 557807,7445 ∆H3 : 622542,2991 Qserap : 1054976,6184 Qloss : 16944,6355 Total : 1694463,5531 Total : 1694463,5531 LB.4. Heater (E-122)
Neraca panas total : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar
Q = panas yang terkandung dalam steam Qloss = panas yang hilang
Tabel LB.9. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan masuk (∆H1): Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H1 (kkal/jam) CuO 0,1399 377,1799 (30 – 25) 52,7675 Q ∆H1 T1=45oC ∆H2 T2=65oC Qloss
Impuritis H2SO4 CuSO4 H2O 0,1414 16,9722 2743,2607 10579,4578 68,3743 0,8841 0,1506 1,0029 (30 – 25) (30 – 25) (30 – 25) (30 – 25) 9,6681 75,0256 2065,6753 53953,3011 T o t a l 56165,4376
Tabel LB.10. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H2): Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H2 (kkal/jam) CuO Impuritis H2SO4 CuSO4 H2O 0,1399 0,1414 16,9722 2743,2607 10579,4578 52,5332 0,1312 0,8841 0,1506 1,0029 (65 – 25) (65 – 25) (65 – 25) (65 – 25) (65 – 25) 7,3494 0,0186 600,2049 16525,4025 431626,4091 T o t a l 448759,3844 ∆H1 + Q = ∆H2 + (1 % x (∆H1 + Q))
Menghitung panas yang terkandung dalam steam (Q) :
56165,4376 + Q = 448759,3844 + 561,6544 + 0,01 Q
Q = 397135,6898
Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan P steam = 475,8 kpa, dari steam table (Van Ness,670) didapatkan :
T = 150 oC
λ = 2113,2 kJ/kg x (1 kkal/4,1840 kJ) = 505,0669 kkal/kg
Q = M x λ
∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
56165,4376 + 505,0669 M = 448759,3844 + 561,6544 + 5,0507 M M = 786,2857 kg/jam
Tabel LB.11. Neraca Panas Pada Heater
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 56156,4376 Q : 397135,8698 ∆H2 : 448759,3844 Qloss : 4532,9231 Total : 4523292,3075 Total : 4523292,3075 LB.5. Evaporator (V-120)
Neraca Panas Total.
Qloss Q 2 3 1+ =∆Η +∆Η + ∆Η dimana: : 1
∆Η Panas bahan masuk :
2
∆Η Panas bahan keluar
:
3
∆Η Panas uap air
Q : Panas steam yang dibutuhkan Qloss : Panas yang hilang
Asumsi panas yang hilang 1% dari jumlah panas yang masuk.
∆H1 ∆H2
∆H3
Q
Qloss
Tabel LB.12. Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk (∆H1) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H1 (kkal/jam) CuO Impuritis H2SO4 CuSO4 H2O 0,1399 0,1414 16,9722 2743,2607 10579,4578 52,5332 0,1312 0,8841 0,1506 1,0029 (65 – 25) (65 – 25) (65 – 25) (65 – 25) (65 – 25) 7,3494 0,0186 600,2049 16525,4025 431626,4091 T o t a l 448759,3844
Tabel LB.13. Menghitung panas yang terkandung pada bahan keluar (∆H2) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H2 (kkal/jam) CuO Impuritis H2SO4 CuSO4 H2O 0,1399 0,1414 16,9722 2743,2607 5917,7018 44,4995 0,0597 0,8841 0,1506 1,0029 (75 – 25) (75 – 25) (75 – 25) (75 – 25) (75 – 25) 6,2255 0,0084 750,2561 20656,7531 296743,1568 T o t a l 318156,3999
Menghitung panas yang terkandung pada uap ∆H3 = m x λ
(∆H3) :
= m x (Hv-Hl)
= 2446683,7263 kkal/jam
Menghitung panas yang terkandung pada steam (Q) :
Qloss Q 2 3 1+ =∆Η +∆Η + ∆Η 448759,3844 + Q = 318156,3999 + 2446683,7263 + (1% (448759,3844+Q) 448759,3844 + 0,99 Q = 2769327,719 0,99 Q = 2769327,719– 448759,3844 = 2320568,334 Q = 2320568,334 /0,99 = 2344008,419 Qloss = 0.01 x Q Qloss = 0,01 (2344008,419+448759,3844) = 27927,6780 Q = M x λ
Menghitung kebutuhan steam :
jam kg 4638,5713 kg kkal 505,0669 jam kkal 98 2344008,41 λ Q M = = =
Tabel LB.14. Neraca Panas Pada Evaporator
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 448759,3844 Q : 2344008,4198 ∆H3 : 318156,3999 ∆H2 : 2446683,7263 Qloss : 27927,6780 Total : 2792767,8042 Total : 2792767,8042
LB.6. Kondensor Barometrik (E-123)
Neraca panas total : ∆H1 + ∆H3 = ∆H2 + ∆H4
∆H1 T1=75oC ∆H2 T2=50oC ∆H3 ∆H4 T2=30oC T4=45oC
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar
∆H3 = panas air pendingin masuk
∆H4 = panas air pendingin keluar
Tabel LB.15. Menghitung panas bahan masuk (∆H1) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H1 (kkal/jam) H2O 4841,7560 1,0029 (75 – 25) 242789,8546 T o t a l 242789,8546
Tabel LB.16. Menghitung panas bahan keluar (∆H2) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H2 (kkal/jam) H2O 4841,7560 1,0029 (50 – 25) 121394,9273 T o t a l 121394,9273
Menghitung Panas air pendingin (∆H3)
Tmasuk = 30oC
:
∆H3 = m Cp ∆T
= m (1,0029) (30-25) = 5,0145 m
Menghitung Panas yang terbawa air pendingin Tkeluar = 45oC
(∆H4):
∆H4 = m Cp ∆T
= m (1,0029) (45-25) = 20,058 m
242789,8546 + (5,0145 m) = 123194,9273 + (20,058 m)
m = 8069,5933 kg/jam
Sehingga nilai : ∆H3 = 40464,9758 kkal/jam
∆H4 = 161859,9031 kkal/jam
Tabel LB.17. Neraca Panas Pada Kondensor Barometrik
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 242789,8546 ∆H3 : 40464,9758 ∆H2 : 121394,9273 ∆H4 : 161859,9031 Total : 283254,8304 Total : 283254,8304 LB.7. Kristalizer (X-125)
Neraca panas total : ∆H1 = ∆H2 + Qserap
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar
Qserap = panas yang diserap
Tabel LB.18. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan masuk(∆H1): Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H1 (kkal/jam) CuO Impuritis H2SO4 0,1399 0,1414 16,9722 44,4995 0,0597 0,8841 (75 – 25) (75 – 25) (75 – 25) 6,2255 0,0084 750,2561 Qserap ∆H1 T1=75oC ∆H2 T2=14oC
CuSO4 H2O 2743,2607 5917,7018 0,1506 1,0029 (75 – 25) (75 – 25) 20656,7531 296743,1568 T o t a l 318156,3999
Tabel LB.19. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar(∆H2): Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H2 (kkal/jam) CuO CuSO4.5H2O Impuritis H2SO4 CuSO4 H2O 0,1399 3772,8065 0,1414 16,9722 513,5384 4734,6167 377,1799 0,2695 68,3743 0,8841 0,1506 1,0029 (14 – 25) (14 – 25) (14 – 25) (14 – 25) (14 – 25) (14 – 25) 52,7675 -11184,4849 9,6681 -165,0563 -850,7277 -52231,8279 T o t a l -64369,6612
Menghitung Panas yang diserap (Qserap)
Qserap= ∆H1 - ∆H2
:
= 318156,3999– (-64369,6612) = 382526,0611 kkal/jam
Menghitung Kebutuhan Brine (m) Qserap = ∆H1 - ∆H2 : = m x Cp x ∆T m = Qserap / (Cp x ∆T) = 382526,0611 / (5,47 x (14-(-40)) = 1295,0303 kg/jam
Tabel LB.20. Neraca Panas Pada Kristalizer
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 318156,3999 ∆H2 : -64369,6612
Qserap : 382526,0611
Total : 318156,3999 Total : 318156,3999
LB.8. Rotary Dryer (B-130)
Neraca panas total : ∆H1 + ∆H4 = ∆H2 + ∆H3 + Qloss
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada bahan masuk Rotary Dryer
∆H2 = panas yang terkandung pada bahan keluar ke Bin
∆H3 = panas yang terkandung pada udara masuk cyclone
∆H4 = panas udara kering masuk
Qloss = panas yang hilang
Tabel LB.21. Menghitung panas yang terkandung pada bahan masuk Rotary Dryer (∆H1) :
Suhu bahan masuk Rotary Dryer = 30oC Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H1 (kkal/jam) CuSO4.5H2O H2O 3772,8065 188,6043 0,2695 1,0029 (30 – 25) (30 – 25) 5083,8568 945,9368 T o t a l 6029,7935 ∆H4 = m x Cp x ∆T
Menghitung panas yang terkandung dalam udara kering masuk (∆H4) :
m dicari dengan cara Trial and error : ∆H1 T1=30oC ∆H2 T2=85oC ∆H3 ∆H4 T3=85oC T4=120oC Qloss
Trial m = 1007,0983 kg/jam ∆H4 = m x Cp x ∆T
= 1007,0983 x 0,24 x (120-25) = 22961,8412 kkal/jam
Tabel LB.22. Menghitung panas yang terkandung dalam bahan keluar (∆H2): Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H2 (kkal/jam) CuSO4.5H2O H2O 3395,5258 16,9776 0,2695 1,0029 (85 – 25) (85 – 25) 54905,6522 127,7015 T o t a l 6990,9088
Tabel LB.23. Menentukan panas yang terbawa bahan ke cyclone (∆H3) : Komponen Massa (kg/jam) Cp (kkal/kgoC) ∆T (o C) ∆H3 (kkal/jam) CuSO4.5H2O H2O 377,2806 1,8864 0,2695 1,0029 (85 – 25) (85 – 25) 6100,6273 113,5122 T o t a l 6214,1395 Qloss = 1 % (∆H1 + ∆H4)
Menghitung panas yang hilang (Qloss) :
= 1 % (753,7243+22961,8412) = 237,1556 Kkal/jam
Trial m benar jika nilai : ∆H4 = (∆H2 + ∆H3 + Qloss)- ∆H1
Cek m Trial :
Dari perhitungan didapat nilai ∆H4 = 66234,4341 kkal/jam
Sedangkan nilai (∆H2 + ∆H3 + Qloss)- ∆H1 = 66234,4341 kkal/jam
Tabel LB.24. Neraca Panas Pada Rotary Dryer
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 6029,7935 ∆H4 : 66234,4341 ∆H2 : 55927,2623 ∆H3 : 6214,1395 Qloss : 10122,8259 Total : 72264,2277 Total : 72264,2277
LB.9. Heater Udara (E-134)
Neraca panas total : ∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
Dimana : ∆H1 = panas yang terkandung pada udara masuk
∆H2 = panas yang terkandung pada udara keluar
Q = panas yang terkandung dalam steam Qloss = panas yang hilang
Dari perhitungan neraca panas pada Rotary Dryer diketahui bahwa udara yang dibutuhkan = 1007,0983 kg udara kering/jam
∆H1 = m x Cp x ∆T
Menghitung panas yang terkandung pada udara masuk (∆H1) :
= 1007,0983 kg/jam x 0,26 kkal/kgoc x (30-25)oC = 1258,8729 kkal/jam
∆H2 = m x Cp x ∆T
Menghitung panas yang terkandung pada udara masuk (∆H2) :
= 1007,0983 kg/jam x 0,26 kkal/kgoc x (120-25)oC = 24875,3280 kkal/jam
Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan P steam = 475,8 kpa, dari steam table (Van Ness,670) didapatkan :
Menghitung panas yang terkandung pada steam (Q) :
T = 150 oC λ = 2113,2 kJ/kg x (1 kkal/4,1840 kJ) Q ∆H1 T1=30oC ∆H2 T2=120oC Qloss
= 505,0669 kkal/kg
Q = M x λ
Menghitung kebutuhan steam yang diperlukan (M) :
∆H1 + Q = ∆H2 + Qloss
1258,8729 + 505,0669 M = 24875,3280 + (1 % x (∆H1 + Q))
1258,8729 + 505,0669 M = 24875,3280 + 12,5887 + 5,0507 M M = 46,7347 kg/jam
Tabel LB.25. Neraca Panas Pada Heater Udara
Panas masuk (kkal/jam) Panas keluar (kkal/jam) ∆H1 : 1258,8729
Q : 25139,3009
∆H2 : 24875,3280
Qloss : 1522,8458
LAMPIRAN C
SPESIFIKASI PERALATAN
1. GUDANG COPPER OXIDES (F-111) Fungsi : Tempat penyimpanan copper oxides Dasar perancangan :
Suhu gudang : 30°C Tekanan : 1 atm Waktu tinggal : 7 hari
Massa bahan : 1399,4800 kg/jam = 3085,2936 lb/jam = 74047,0466 lb/hari Densitas bahan : 6,4002 g/cm3 = 399,5645 lb/ft3
Volume bahan mengisi gudang diasumsikan : 80% dari volume gudang Perhitungan : Volume bahan = produk ρ tinggal waktu x produk massa Volume bahan = 3 lb/ft 399,5645 hari) (7 x 6lb/hari) (74047,046 = 1297,2357 ft3 = 36,7338 m3 Volume storage = 36,7338 m3 x 100/80 = 45,7338 m3
Ditetapkan : Panjang = 2 x lebar gudang Tinggi = 6 m Maka : Vstorage = p x l x t 45,9173 = 2l x l x 6 l2 = 3,8264 l = 1,9561 m ≈ 2 m p = 2 m x 2 = 4 m Spesifikasi peralatan :
Nama : Gudang Copper Oxides Kapasitas : 45,9173 m3
= 1621,4776 ft3 Ukuran : Panjang = 157,48 in
Tinggi = 236,22 in Jumlah : 1 buah
2. BELT CONVEYOR (J-112)
Fungsi : Untuk mengangkut copper oxides dari gudang copper oxides ke bin Perhitungan :
Kapasitas = 1399,4800 kg/jam = 1,3995 ton/jam = 3085,2936 lb/jam Kapasitas belt yang ditetapkan = 14 ton/jam
Lebar = 3,3 ft
Panjang = 14 ft
Slope = 20°
Menentukan power motor : HP = 990 Z x T ) Ws 03 , 0 T )( L L ( F + o + + ∆ (G.G. Brown hal : 57)
Dimana : F = faktor friksi (= 0,05) untuk plan bearing L = panjang conveyor (ft)
Lo = 100 ft untuk plan bearing
S = kecepatan bucket T = rate material (ton/jam)
∆Z = kenaikan elevasi material = 6m = 20ft
W = berat bagian yang bergerak = 1 lb/in lebar = 39,6 lb/in lebar Sehingga : HP = 990 ) 20 14 ( )) 6 , 39 100 03 , 0 ( 14 )( 100 14 ( 05 , 0 + + × × + × HP = 1,0474 HP
Digunakan r1 motor = 80%, maka :
Power motor = 80% 1,0474
= 1,3093 HP ≈ 2 HP Spesifikasi alat :
Fungsi : Memindahkan copper oxides dari gudang ke bin Nama : Belt Conveyor
Tipe : Flat belt 20° idler
lebar = 3,3 ft Kecepatan : 100 ft/menit
Power motor : 2 HP
Bahan : Reinforced rubber Jumlah : 1 buah
3. BIN COPPER OXIDES (F-113)
Fungsi : Menampung Copper Oxides sebelum masuk reaktor
Tipe :Tangki silinder dengan bagian bawah berbentuk conis dengan sudut puncak 60°
Dasar perencanaan :
Suhu : 30°C
Massa bahan masuk : 1399,4800 kg/jam = 3085,2936 lb/jam Densitas produk : 6,4002 g/cm3 = 399,5645 lb/ft3
Direncanakan bin digunakan untuk menampung bahan selama 1 jam Perhitungan :
3.a. Menentukan diameter tangki
Bahan yang ditampung = 3085,2936 lb/jam x 1 jam = 3085,2936 lb Volume bahan = ρ m = 3 lb/ft 399,5645 lb 3085,2936 = 7,7216 ft3 Volume bahan mengisi bin 80% dari volume bin, maka : Volume bin = % 80 silikat sodium volume = % 80 ft 7,7216 3 = 9,6520 ft3 Ls = 1,5 di Volume bin = di Ls 4 2 / 1 tg . 24 di . 2 3 π + α π 9,6520 ft3 = di (1,5di) 4 30 tg . 24 di . 2 o 3 π + π 9,6520 ft3 = 0,2266di3 + 1,1775di3 9,6520 ft3 = 1,4041di3 di = 1,9014 ft = 22,8168 in Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume bahan dalam shell = volume bahan – volume conis = 7,7216 - o 2 30 24.tg π(1,9014) = 7,7216 – 0,8192 = 6,9024 ft3
Tinggi CuO dalam shell = 2 d 1/4 shell dalam bahan Volume ⋅ π = 2 ) 9014 , 1 .( . 4 / 1 6,9024 π = 2,4321 ft Tekanan hidrostatik(Ph) = 144 ) 1 (2,4321 lb/ft 399,5645 144 ) 1 ( 3 − = − H ρ = 3,9737 psi
Tekanan design (Pi) = 3,9737 + 14,7 = 18,6737 psia = 18,6737 – 14,7 = 3,9737 psig 3.b. Menentukan tebal silinder
Bahan : Carbon steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and Young, hal : 254) Faktor korosi (C) : 1/16 in
Type pengelasan : double welded butt joint(E = 0,8) Tekanan design (Pi) = 3,9737 psig
ts = C pi) 0,6. 2(f.E di . pi + − ts = 16 1 )) 37 0,6).(3,97 ( ) 0,8 2((18750)( ) (22,8168 (3,9737) + − ts = 0,0625 x 16 16 ts = 16 1,0012 ≈ 16 3 in Standarisasi do : do = di + 2.ts do = 22,8168 + 2(3/16) do = 23,1918 in
do = 24 icr = 1,5 r = 24
Menentukan harga di baru : di = do - 2.ts
di = 24 – 2 (3/16)
di = 23,625 in = 1,9687 ft Cek hubungan Ls dengan di
Volume bin = di Ls 4 π 30 24.tg π.di 2 o 3 + 9,6520 ft3 = (1,9687) Ls 4 π 30 24.tg ) π.(1,9687 2 o 3 + 9,6520 ft3 = 1,7269 ft3 + 3,0424 ft2 Ls Ls = 2,6048 ft di Ls = 1,9687 2,6048 = 1,3231
3.c. Menentukan tebal tutup bawah berbentuk conis
thb = C 30 cos ) pi . 6 , 0 E . f ( 2 di . pi o + − thb = 16 1 30 )cos 37 (0,6)(3,97 0,8) 2((18750)( 2,8168) (3,9737)(2 o + − thb = 0,0626 x 16 16 thb = 16 0012 1, ≈ 16 3 in - Menentukan tinggi bin :
Tinggi shell = Ls = 2,6048 ft = 31,2576in Tinggi tutup bawah berbentuk conis : tg 1/2α = h 1/2.di h = α 1/2 tg d . 2 / 1 = o 30 tg ) 1/2(1,9687 h = 1,7039 ft = 20,446 in
Tinggi bin = tinggi shell + tinggi tutup bawah = 2,6048 + 1,7039
= 4,3087 ft = 51,7044 in Spesifikasi peralatan :
Fungsi : Untuk menampung copper oxides sebelum masuk reaktor Nama alat : Bin Copper Oxides
Tipe : silinder tegak dengan tutup bawah berbentuk conis dengan sudut puncak 60°
Kapasitas : 9,6520 ft3
Dimensi : Diameter dalam (di) = 23,625 in Tebal tutup bawah (thb) = 3/16 in Tebal Silinder (ts) = 3/16 in
Tinggi tutup bawah (h) = 1,7039 ft = 20,446 in Tinggi bin (H) = 4,3087 ft = 51,7044 in
Bahan Konstruksi : Carbon steel SA 240 Grade M Type 316 Jumlah : 1 buah
4. STORAGE H2SO4 60% (F-114)
Fungsi : Untuk tempat penyimpanan persediaan larutan H2SO4 60% selama 7
hari
Tipe : Tangki berbentuk silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah plate datar.
Direncanakan :
− Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240 grade M tipe 316
− Allowable stress : 18750
− Tipe pengelasan : Double Welded Butt Joint (E = 0,8)
− Faktor korosi : 1/16 in
− Waktu tinggal : 7 hari
− Fluida mengisi 80% storage Dasar perencanaan :
− Massa bahan masuk : 1714,3630 kg/jam = 3779,4675 lb/jam
− Suhu operasi : 300C
− Tekanan operasi : 1 atm Perhitungan
4.a. Menghitung volume tangki
Volume larutan H2SO4 selama waktu tinggal 7 hari
liquida liquida massa VL ρ = 6827,2783cuft lb/cuft 93,0020 hari 7 jam/hari 24 lb/jam 3779,4675 × × = =
Liquida mengisi tangki sebesar 80% dari volume total VT = VL + VRK
VT = 6827,2783 + 0,2 VT
VT = 8534,0979 cuft
4.b. Menentukan diameter tangki
Asumsi Ls =1,5 di ( Ulrich Tab 4.27 hal 248 ) VT = Vshell + Vdish
VT = π/4 di2 Ls + 2(0,0847di3)
8534,0979 =
π
/4 di2 (1,5 di) + 0.1694di3 8534,0979 = 1,1775 di3 + 0.1694 di3di = 18,5043 ft = 222,052 in
4.c. Menentukan tinggi liquida dalam silinder(hl) VL = 0,25
π
di2 Li6827,2783 = 0,785 (18,5043)2 Li Li = hl = 25,3999 ft
4.d. Menentukan tekanan design Phidrostatis 144 1) -hl ( ρ = 15,7586psia in 144 1)ft -(25,3999 lb/ft 93,0020 2 2 = =
Pdesign = Popersi + Phidrrostatis
= 14,7 psia + 15,7586 psia = 30,4586 psia = 30,4586 psia – 14,7 psia = 15,7586 psig
4.e. Menentukan tebal tangki (ts) ts C Pi) 0,6 -2(f.E di Pi + × = 16 1 15,7586) 0,6 -0,8 18750 ( 2 222,052 15,7586 + × × × = = 3/16 in 16 2,1422 16 16 0,1339× = = Standardisasi do do = di + 2ts = 222,052 + 2(3/16) = 222,427 in
Berdasarkan Brownell and Young, tabel 5-7, hlm.91 diperoleh do = 228 in
icr = 13 3/4 r = 180
4.f. Menentukan harga di baru di = do - 2 ts
= 228 – 2 (3/16)
= 227,625 in = 18,9867 ft cek hubungan Ls dengan di VT =
π
/4 di2 Ls + 0,0847di 8534,0979 =π
/4 di2 (1,5 di) + 0,0847di3 8534,0979 =π
/4 (18,9867)2 Ls + 0,0847(18,9867)3 8534,0979 = 282,9883 Ls + 597,7381 7936,3598 = 282,9883 Ls Ls = 28,0448 ft = 336,5380 in 1,6567 ft 9867 , 18 ft 28,0048 di Ls = = Maka 1,477 di Ls =4.g. Menentukan tebal tutup (tha)
tha C Pi 0,1 -f.E r Pi 0,885× × + = 16 1 ) 15,7586 (0,1 -0,8) 18750 ( 78 15,7586 0,885 + × × × × = = in 16 3 16 2,9772 16 16 0,1860× = =
4.h. Menentukan tinggi storage
Bentuk tutup atas adalah standard dished head ha = 0,169 x di
= 0,169 x 227,625 in = 38,4686 in
H = tinggi silinder + tinggi tutup atas = 304,7988 in + 38,4686 in = 343,2674 in = 28,6056 ft Spesifikasi Peralatan :
Fungsi : Menyimpan dan tempat persediaan H2SO4 selama
7 hari
Tipe : Tangki berbentuk silinder tegak dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan tutup bawah
berbentuk plate datar.
Bahan konstruksi : Stainless Steel, SA-240, grade M, tipe 316 Volume tangki : 8534,0979 ft3
Diameter dalam (di) : 227,625 in Diamater luar (do) : 228 in Tebal silinder (ts) : 3/16 in Tinggi silinder (Ls) : 304,7988 in Tebal tutup atas (tha) : 3/16 in Tinggi tutup atas (ha) : 38,4686 in Tinggi Storage (H) : 343,2674 in Jumlah : 1 buah
5. POMPA STORAGE H2SO4 60 % (P-115)
Type : Centrifugal pump Dasar perencanaan :
Rate liquid = 1714,3630 kg/jam = 3779,4846 lb/jam ρ liquid = 1,4898 g/cm3
= 93,0020 lb/cuft (Perry,s edisi 7, hal 2-108)
µ = 0,0013 lb/ft.detik (Perry,s edisi 6, hal 3-252)
Perhitungan :
5.a. Menghitung rate volumetrik Q = liquid liquid rate ρ = 3 lb/ft 93,0020 lb/jam 3779,4846 = 40,6387 ft3/jam = 0,011288 ft3/detik 5.b. Menentukan dimensi pipa
ID optimal = 3,9 x Q0,45 x ρ0,13 (Peter and Timmerhauss pers.15 hal 496)
ID optimal = 3,9 x (0,011288)0,45 x (93,0020)0,13 ID optimal = 0,9346 in.
Standarisasi ID = 1 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892)
Sehingga diperoleh harga : OD = 1,315 in = 0,1095 ft ID = 1,049 in = 0,0874 ft A = 0,00600 ft2
5.c. Menentukan laju aliran fluida Laju aliran fluida (V) =
A Q = 2 3 ft 0,00600 /detik ft 0,011288 = 1,8813 ft/detik NRe = µ ρ x V x D = k lb/ft.deti 0,0013 ) lb/ft 93,0020 ft/detik)( ft)(1,8813 (0,0874 3 NRe = 11763,21 (aliran turbulen)
5.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88
) Sehingga diperoleh : ε = 4,6 x 10-5 m = 0,000151 ft D ε = 0,0874 0,000151 = 0,00172
Direncanakan panjang pipa 43 ft No Nama Jumlah Kf ∑ Kf 1 2 Elbow 90° Globe valve 3 1 0,75 6 2,25 6 Total 8,25 Kex = 2 2 1 A A 1
− = (1 - 0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
Kc = 0,55 2 2 1 A A 1
− = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
∑F = 2 V x K K K D L x f x 4 2 f c ex ∆ + + + (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) ∑F = 2 (1,8813) 25 , 8 55 , 0 1 0,0874 43 0,0085 4 2 x x x + + + ∑F = 46,9444 lb.ft/lbm 5.e. Menentukan daya pompa :
0 Ws F P gc Z gc . . 2 V2 = + ∑ + ρ ∆ + ∆ + α ∆ (Geankoplis,per 2.7-28 hal 97) Direncanakan : ∆Z = 8 ft ∆P = 0 ∆V = 1,8813 ft/detik Sehingga diperoleh harga :
- Ws = 46,9444 93,0020 0 32,2 9,8 x 8 32,2 x 1 x 2 ) 8813 , 1 ( 2 + + + - Ws = 49,4340 WHP = 550 x Q x ) Ws (− ρ WHP = 550 x93,0020 011288 , 0 x 4340 , 49 = 0,09435 Hp ≈ 1 Hp Kapasitas = ) lb/ft (62,9297 menit/jam) 60 ( ) gal/ft 481 lb/jam)(7, (3779,4846 3 3 = 7,4883 gpm
Maka daya pompa = 45 % (Peter & Timmerhauss,fig 14-37 hal 520) BHP = 2,2222Hp 45 , 0 1 pompa WHP = = η
η motor = 80% (Peter & Timmerhauss,fig 14-38 hal 521) Daya motor = motor BHP η = 0,80 2222 , 2 = 2,7778 Hp ≈ 3 Hp Spesifikasi peralatan : Nama : Pompa
Type : Centrifugal pump Daya pompa : 3 Hp
Kapasitas : 7,4883 gpm Bahan : Carbon steel Jumlah : 1 buah
6. Tangki Pengencer H2SO4 (M-116)
Fungsi : Untuk mengencerkan larutan H2SO4 60% menjadi larutan H2SO4 14%
Type : Silinder tegak dengan tutup bawah dan tutup atas berbentuk standar dished yang dilengkapi pengaduk type turbulen impeller with 6 flat blades at 45° Dasar perancangan :
Bahan masuk = 12245,4501 kg/jam = 26996,3191 lb/jam ρ campuran = 1,3398 g/cm3 = 83,6437lb/ft3
Suhu operasi : 30°C
Direncanakan proses berjalan secara kontinu dengan waktu tinggal 1 jam Perhitungan :
6.a. Menentukan diameter tangki
Larutan H2SO4 yang ditampung = 26996,3191 lb/jam x 1 jam = 26996,3191 lb
Volume larutan H2SO4 = ρ m = 3 lb/ft 83,6437 lb 8 26996,3191 = 322,7537 ft3 Volume larutan H2SO4 mengisi 80% dari volume mixer, maka :
Volume tangki = % 80 SO H larutan volume 2 4 = % 80 ft 322,7537 3 = 403,4422 ft3 Asumsi : Ls = 1,5 di
Volume tangki pengencer = 3 di2Ls 0,0847d3 4 d 0847 , 0 +π + 403,4422 ft3 = 3 di2(1,5di) 0,0847d3 4 d 0847 , 0 +π + 403,4422 ft3 = 0,0847d3+ 1,1775di3 + 0,0847d3 403,4422 ft3 = 1,3469 di3 di = 6,6908 ft = 80,29 in
6.b. Menentukan tekanan design (Pi) :
Volume larutan H2SO4 dalam shell = volume larutan H2SO4 – volume tutup bawah
= 403,4422 – (0,0847 (6,6908)3)
= 378,0723 ft3
Tinggi liquida dalam shell (H) =
2 4 2 .(d) 1/4 shell dalam SO H larutan Volume π = 2 ) (6,6908 . .π 4 / 1 378,0723 = 10,7584 ft Tekanan hidrostatik (Ph)= 2 3 3 in 144 1) ft (10,7584 lb/ft 83,6437 144 1) (H ρ − = − = 5,6682 psia
Tekanan design (Pi) = 5,6682 psia + 14,7psia
= 20,3682 psia – 14,7
= 5,6682 psig
6.c. Menentukan tebal silinder :
Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
f allowble : 18750 psi (Brownell and Young, hal : 254) Faktor korosi (C) : 1/16 in
Type pengelasan : double welded butt joint (E = 0,8) Tekanan design (Pi) : 5,6682 psig
ts = C pi E f di pi + −0,6. ) . ( 2 . ts = 16 1 82)) 0,6).(5,66 ( ) 0,8 2((18750)( ) (80,29 ) (5,6682 + −
ts = 0,0650x 16 16 ts = 16 1,0402 ≈ 16 3 in Standarisasi do : do = di + 2.ts = 80,29 + 2(3/16) = 80,665 in
Dari tabel 5-7 Brownell and Young, hal : 90 didapat harga : do = 84 in
icr = 5 1/8 in r = 84 in
Menentukan harga di baru : di = do - 2.ts
di = 84 – 2 (3/16)
di = 82,625 in = 6,9687 ft Cek hubungan Ls dengan di :
Volume tangki pengencer = 3 di2Ls 0,0847d3 4 π d 0,0847 + + 403,4422 ft3 = 3 di2Ls 0,0847d3 4 π d 0,0847 + + 403,4422 ft3 = 0,0847 (6,9687)3 + (6,9687) Ls 4 14 , 3 2 + 0,0847 (6,9687)3 Ls = 9,0791 ft di Ls = 6,9687 9,0791 = 1,2994
6.d. Menentukan tebal tutup atas berbentuk standart dished :
tha = C Pi x E x f r x Pi x + − 60, 885 , 0 tha = 16 1 ) 82 (0,6)(5,66 8) (18750)(0, )(84) 82 0,885(5,66 + − tha = 0,0672 x 16 16
tha = 16 1,0744 ≈
16 3
6.e. Menentukan tebal tutup bawah berbentuk standart dished :
thb = C Pi x 6 , 0 E x f r x Pi x 885 , 0 + − thb = 16 1 ) 82 (0,6)(5,66 8) (18750)(0, )(84) 82 0,885(5,66 + − thb = 0,0672 x 16 16 thb = 16 1,0744 ≈ 16 3
6.f. Menentukan tinggi tangki pengencer Tinggi shell = Ls = 9,0791 ft = 108,9492in Tinggi tutup atas berbentuk standart dished : ha = 0,169 x di = 0,169 x 83,625 = 14,1326 in Tinggi tutup bawah berbentuk standart dished : hb = 0,169 x di = 0,169 x 83,625 = 14,1326 in
Tinggi tangki pengencer = tinggi shell + tinggi tutup atas + tinggi tutup bawah = 108,9492 in + 14,1326 in + 14,1326 in
= 137,2144 in 6.g. Tinggi liquida dalam tangki
Tinggi liquida dalam tangki (Ht) = H + hb
= 10,7584 + 1,1882
= 11,9466 ft
6.h. Perencanaan pengaduk
Digunakan pengaduk jenis turbine with 6 blades at 45° angle (Brown, hal 577) Data – data jenis pengaduk :
Dt/Di = 3
Zi/Di = 0,75 – 1,3 Zl = 2,7 – 3,9
W/Di = 0,17 (Brown, hal 577)
Dimana :
Di = diameter impeller
Zi = tinggi impeller dari dasar tangki Zl = tinggi zat cair dalam silinder W = lebar baffle impeller
- Menentukan diameter impeller Dt/Di = 3 Di = 3 in 83,625 3 Dt = = 27,875 in = 2,3229 ft = 0,7080 m
- Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki Zi/Di = 0,75 – 1,3 (diambil 0,8)
Zi = 0,8 Di = 0,8 x 27,875 in = 22,3 in = 1,858 ft = 0,5664 m - Menentukan panjang impeller
3 1 DiL = L = Di 3 1 = 9,291 in = 0,7774 ft - Menentukan lebar impeller
0,17 DiW =
W =(27,875)(0,17) = 4,7387 in = 0,3948 ft - Menentukan daya pengaduk NRe = µ ρ x Di x n 2 P = gc Di x n x xρ 3 5 Φ (Brown, hal 507)
Dimana : n = putaran pengaduk ditetapkan 100 rpm = 1,67 rps Di = diameter impeller (ft)
P = Daya motor (lbf ft/detik) ρ = 83,6437 lb/ft3
µ = 0,00102 lb/ft s gc = 32,2 lb.ft/det2.lbf = 115920 lb.ft/men2.lbf
Φ = 4 ( GG Brown,Fig 477 hal 507) Sehingga : NRe = 0,00102 x83,6437 (2,3229) 1,67x 2 NRe = 738952,96 (turbulen) P = 32,2 (2,3229) x (1,67) x 83,6437 x 4 3 5 P = 3272,9472 lb.f/detik = 0,09918 Hp Ditetapkan : η motor = 80 % η pengaduk = 60 % Maka : P = 0,6 x 0,8 Hp 0,09918 = 0,2066 Hp ≈ 1 Hp Jumlah pengaduk = t t D x 62,43 H x ρ = 9868 , 6 x 62,43 9466 , 11 6437 , 83 x = 2,29 ≈ 3 Spesifikasi peralatan :
Nama : Tangki pengencer larutan H2SO4
Jenis : Silinder tegak dengan tutup bawah berbentuk standart dished, tutup atas berbentuk standart dished dan dilengkapi pengaduk
Dimensi vessel :
Diameter luar (do) = 84 in Diameter dalam (di) = 83,625 in Tebal silinder (ts) = 3/16 in Tebal tutup atas (tha) = 3/16 in Tebal tutup bawah (thb) = 3/16 in Tinggi tutup atas (ha) = 14,1326 in Tinggi tutup bawah (hb) = 14,1326 in Tinggi tangki (H) = 137,2144 in Bahan : Stainless steel SA 240 Grade M Type 316
Jumlah : 1 buah
Jenis pengaduk: axial turbine with 6 blades at 45° angle Dimensi pengaduk :
Diameter impeller (Di) = 27,875 in Tinggi Impeller dari dasar tangki (Zi) = 22,3 in Panjang Impeler (L) = 9,291 in Lebar Impeler (W) = 4,7387 in Jumlah : 3 buah
Bahan : Carbon steel, SA 240 grade M type 316
7. POMPA H2S04 14% (P-117)
Fungsi : Untuk mempompa larutan H2SO4 dari tangki pengencer larutan H2SO4 ke
reaktor
Type : Centrifugal pump Dasar perencanaan :
Rate liquid = 12245,4501 kg/jam = 26996,3335 lb/jam ρ liquid = 1,3398 g/cm3 = 83,6437 lb/cuft µ = 0,00102 lb/ft.detik
Perhitungan :
7.a. Menghitung rate volumetrik Q = liquid liquid rate ρ = 3 lb/ft 83,6437 lb/jam 26996,3335 = 322,7539 ft3/jam = 0,08965 ft3/detik 7.b. Menentukan dimensi pipa
ID optimal = 3,9 x Q0,45 x ρ0,13 (Peter and Timmerhauss pers.15 hal 496)
ID optimal = 3,9 x (0,08965)0,45 x (83,6437)0,13 ID optimal = 2,3422 in.
Standarisasi ID = 2,5 in sch 40 (Geankoplis, App A.5 hal 892)
Sehingga diperoleh harga : OD = 2,875 in = 0,2396 ft ID = 2,469 in = 0,2057 ft A = 0,03322 ft2
7.c. Menentukan laju aliran fluida
Laju aliran fluida (V) = A Q = 2 3 ft 0,03322 /detik ft 0,08965 = 2,6986 ft/detik NRe= µ ρ x V x D = k lb/ft.deti 0,00102 ) lb/ft 83,6437 ft/detik)( ft)(2,6986 (0,2057 3 NRe = 45520,38 (aliran turbulen)
7.d. Menentukan panjang pipa dan friction loss
Digunakan bahan pipa yang terbuat dari commercial steel (Geankoplis hal 88 ) Sehingga diperoleh : ε = 4,6 x 10-5 m = 0,000151 ft D ε = 0,2057 0,000151 = 0,000734
f = 0,007 (Geankoplis, fig 2.10-3 hal 88) Direncanakan panjang pipa 78 ft
No Nama Jumlah Kf ∑ Kf 1 2 Elbow 90° Globe valve 4 1 0,75 6 3 6 Total 9 Kex = 2 2 1 A A 1
− = (1 - 0)2 = 1 (Geankoplis, pers 2.10-15 hal 93)
Kc = 0,55 2 2 1 A A 1
− = 0,55(1 - 0)2 = 0,55 (Geankoplis, pers 2.10-16 hal 93)
∑F = 2 V x K K K D L x f x 4 2 f c ex ∆ + + + (Geankoplis,pers 2.10-19hal 94) ∑F = 2 (2,6986) x 9 0,55 1 0,2057 78 x 0,007 x 4 2 + + + ∑F = 77,075 lb.ft/lbm 7.e. Menentukan daya pompa :
0 Ws F P gc Z gc . . 2 V2 = + ∑ + ρ ∆ + ∆ + α ∆ (Geankoplis,per 2.7-28 hal 97) Direncanakan :
∆Z = 12 ft ∆P = 0
∆V = 2,6986 ft/detik Sehingga diperoleh harga :
- Ws = 77,075 83,6437 0 32,2 9,8 x 12 32,2 x 1 x 2 (2,6986)2 + + + - Ws = 80,8402 WHP = 550 x Q x ) Ws (− ρ WHP = 550 6437 , 83 0,08965 80,8402x x = 1,1021 Hp ≈ 2Hp Kapasitas = ) lb/ft (62,9297 menit/jam) (60 ) gal/ft 481 lb/jam)(7, 5 (26996,333 3 3 = 53,4881 gpm
Maka daya pompa = 45 % (Peter & Timmerhauss,fig 14-37 hal 520)
BHP = 4,4444Hp 0,45 2 pompa η WHP = =
η motor = 80% (Peter & Timmerhauss,fig 14-38 hal 521)
Daya motor = motor BHP η = 0,8 4,4444 = 5,5555 Hp ≈ 6 Hp Spesifikasi peralatan : Nama : Pompa
Type : Centrifugal pump Daya pompa : 6 Hp
Kapasitas : 7,1498 ft3/menit Bahan : Carbon steel Jumlah : 1 buah
8. HEATER H2SO4 (E-118)
Fungsi : memanaskan larutan H2SO4 14% sebelum masuk reaktor
Tipe : Double Pipe Heat Exchanger
Faktor kekotoran (Rd) gabungan minimal = 0,004 Btu/jam.ºF ΔPmaks. aliran H2SO4 14% = 10 psi
ΔPmaks. aliran steam = 2 psi
Neraca massa dan neraca panas
Rate bahan = 12245,4501 kg/jam = 26996,3335 lb/jam Rate steam = 1113,8276 kg/jam = 2455,5282 lb/jam
Panas yang dibawa steam (Q) = 562557,4374 kkal/jam = 2230906,601 Btu/jam Menghitung Δt Δt1 = 302ºF – 167ºF = 135ºF Δt2 = 302ºF – 86ºF = 216ºF 2 1 2 1 LMTD Δt Δt ln Δt Δt t = − ∆ = 216 135 ln 216 135− = 172,3391°F
Menghitung suhu kalorik Tc = ½ (302 + 302)°F = 302°F tc = ½ (167 + 86)°F = 126,5°F
Trial ukuran DPHE
Dicoba ukuran DPHE : 2 1/2 in x 1 1/4 in
aan = 2,63 in2
Bagian annulus (Kern, tabel 6.2 hal 110) :
de = 2,02 in de’ = 0,81 in
ap = 1,50 in2
Bagian pipa ( Kern, tabel 11 hal 844) :
di = 1,380 in do = 1,66 in a” = 0,435 ft2/ft T2 = 1500C = 3020F T1 = 1500C = 3020F t1 = 300C = 860F t2 = 75 0 C = 1670F
Evaluasi perpindahan panas (Rd)
Bagian annulus (H2SO4) Bagian pipa (steam)
1. aan = 2,63 in2 = 144 2,63 = 0,0183 ft2 Gan = an a m = ft 0,0183 lb/jam 26996,3335 2 = 1475209,481 lb/ft2.jam NRe(an) = 2,42 x μ G x de an = 42 , 2 0 , 3 475209,481 1 ) 12 02 , 2 ( × × = 34204,8112
2. JH = 95 Btu/jam.ºF (Kern, fig. 24 hal 834) ho= 0,14 W 1/3 μ μ k μ Cp de k JH × × × ×
μ = 3,0 (Kern, fig 14, hal 823) Cp = 0,46 (Kern, fig 3, hal 805) k = 0,25 Btu/j.ft2.°F/ft h= 1 25 , 0 0 , 3 46 , 0 12 02 , 2 25 , 0 95 3 / 1 × × × × = 249,3469 Btu/jam.ft2.°F 1’.ap=1,50in2= 00104 ft2 144 50 1 , , = Gp= p a M = 2 ft 0,0104 lb/jam 2455,5852 = 236113,9615 lb/ft2.jam NRe = 2,42 μ G di p × × = 42 , 2 011 , 0 ) 9615 , 236113 )( 12 380 , 1 ( x = 1020026,505 2’. Untuk steam, hio =15000 Btu/jam.ºF Uc = ho hio ho x hio + Uc = 249,3469 0 1500 249,3469 0 1500 + x = 245,2697 Btu/jam.ft2.°F Rd = D C D C U x U U U −
F Btu/jam. 123,8601 U 0,004 245,2697 1 U 1 Rd U 1 U 1 D D C D ° = + = + = A = 172,3391 123,8601 1 2230906,60 Δt U Q LMTD D × = × = 104,5575 ft 2 L = 0,435 104,5575 a"A = = 240,3621 ft
Evaluasi penurunan tekanan (∆P)
Bagian annulus (H2SO4) Bagian pipa (steam)
1. NRe(an) = 2,42 x μ G x de an = 42 , 2 0 , 3 1 1475209,48 ) 12 02 , 2 ( × × = 34204,8112 f = 0,0049 + 0,42 Re) (N 0,264 = 0,0049 + 0,42 2) (34204,811 0,264 = 0,007966 2. .de' 2.g.ρ .L 4.f.G ΔFa 2 2 an = = 4 𝑥𝑥 0,007966 𝑥𝑥 1475209 ,4812𝑥𝑥 240,3621 2 𝑥𝑥 4,18 𝑥𝑥 108𝑥𝑥 93,752𝑥𝑥 0,81 = 2,8 ft 3. 75 , 93 3600 1 1475209,48 ρ 3600 G V an × = × = = 4,37 fps Ft = 3 𝑉𝑉2 2𝑔𝑔′ = 3 4,372 2 𝑥𝑥 32,2 1’. NRe = 2,42 μ G di p × × = 42 , 2 011 , 0 ) 9615 , 236113 )( 12 380 , 1 ( x = 1020026,505 f = 0,0049 + 0,42 Re) (N 0,264 = 0,0035 + 0,42 ) 505 , 1020026 ( 264 , 0 = 0,005637 2’. 144 ρ .d 2.g.ρ .L 4.f.G ΔP i 2 2 p p = × ρ steam = sv 1 = 29 , 6 1 = 0,19 ΔPp= 144 12 380 , 1 19 , 0 10 . 2 , 4 2 19 , 0 67 9615 , 263113 0054 , 0 4 2 8 2 × × × × × × × × = 0,4660 psi < 2 psi
=0,8896 ft
ΔPa = (𝛥𝛥𝛥𝛥𝑎𝑎 + 𝛥𝛥𝐹𝐹)𝜌𝜌144
= (2,8+0,8896)𝑥𝑥93,75
144
= 2,4025 psi < 10 psi (memadai)
(memadai)
Spesifikasi alat :
Nama alat : Heater
Fungsi : memanaskan larutan H2SO4 14 % sebelum masuk
reaktor
Tipe : Double Pipe Heat Exchanger Bahan konstruksi : Carbon steel
Kapasitas : 26996,3335 lb/jam Steam yang digunakan : 2455,5282 lb/jam Ukuran DPHE : 2 1/2 in x 1 1/4 in
Luasan aliran di annulus (aan) = 2,63 in2
Bagian annulus :
Diameter perpindahan panas (de) = 2,02 in Diameter penurunan tekanan (de’) = 0,81 in
Luasan aliran di pipa (ap) = 1,50 in2
Bagian pipa :
Diameter dalam (di) = 1,380 in
Diameter luar (do) = 1,66 in
Luas permukaan luar per panjang (a”) = 0,435 ft2/ft Jumlah : 1 buah
9. REAKTOR (R-110) Nama alat : Reaktor Kode alat : R-110
Fungsi : Untuk mereaksikan copper oxides dengan asam sulfat membentuk kuprisulfat
Tipe : Bejana tegak berpengaduk dengan bagian badan berbentuk silinder, tutup atas berbentuk standard dishead dan tutup bawah berbentuk konikal yang bersudut puncak 120o dan dilengkapi dengan jacket pendingin
Kondisi operasi :
- Tekanan = 1 atm - Temperatur = 80 oC
Tabel LC.1. Komponen bahan yang masuk reaktor
Komponen m (kg/jam) m (lb/jam) ρ (lb/ft3) m(lb/jam) x ρ(lb/ft3 ) CuO H2SO4 1413,6162 12245,4501 3116,4582 26996,3192 1445,8788 66,1945 4506020,95 1787007,857 Jumlah 1707,3834 30112,777 6293028,807
9.1 Perhitungan Dimensi Reaktor Volume reaktor :
V = Q x t
dimana : V = volume larutan (ft3)
Q = kecepatan volumetrik bahan masuk (ft3/jam) t = waktu tinggal (jam)
Maka : V = x t ρ m campuran campuran = x192 jam lb/ft 208,9820 lb/jam 30112,777 3 = 27674,0058 ft3 = 783,174 m3
9.1.1 Menentukan volume tangki diameter silinder Untuk menentukan dimensi bejana, maka :
- Sudut puncak tutup bawah = 120o - Tinggi silinder (Ls) = 1,5 di
- Volume ruang kosong = 20 % volume tangki - Volume larutan = 80 % volume tangki Vtangki = Vlarutan + Vruang kosong
Vt = 27674,0058 ft3 + 0,20 Vl Vt = 8 , 0 27674,0058 = 34592,5072 ft3 9.1.2 Menentukan diameter tangki
Vt = 2
(
3)
2 1 3 di 0,0847 Ls di 4 π α tg di 24 π + ⋅ ⋅ + ⋅ Vt = 2(
3)
2 1 3 di 0,0847 di 1,5 di 4 π α tg di 24 π + ⋅ ⋅ + ⋅ 34592,5072 ft3 = 0,0756 di3 + 1,1775 di3 + 0,0847 di3 di3 = 25857,7569 ft3 di = 29,57 ft = 354,84 in9.1.3 Menentukan tinggi liquida di dalam tangki (Hliquida) Vliquida = Vtutup bawah + Vliquida didalam silinder
Vliquida = ⋅ + ⋅ di Lls 4 π α tg di 24 π 2 2 1 3 34592,5072 ft3 = ⋅ + ⋅ (29,57) Lls 4 π 120 tg (29,57) 24 π 2 2 1 3 34592,5072 ft3 = 1953,1 ft3 + 686,392 ft2 ·Lls Lls = 47,55 ft
Tinggi larutan di dalam tutup bawah (hb) =
α tg di 0,5 2 1 ⋅ = 120 tg 57 , 29 0,5 2 1 ⋅ = 8,536 ft Hliquida = Lls + hb = 47,55 + 8,536 = 56,086 ft 9.1.4.Menentukan tekanan design
Phidrostatik = 144 1) (H x ρcampuran liquida −
= 144 1) (56,086 x 208,9820 − = 79,944 psia Poperasi = 1 atm = 14,7 psia
Pdesign (Pi) = Phidrostatik + Poperasi
= (79,944 + 14,7) – 14,7 = 79,944 psig 9.1.5. Menentukan tebal silinder (ts)
Dipilih material :
- High Alloy Steel SA–240 grade M type 316 - fallowed = 18750
- Pengelasan double welded (E = 0,8) dan faktor korosi (C = 1/16)
C Pi) 0,6 E (f 2 di Pi ts + ⋅ − ⋅ ⋅ = 16 1 ) 944 , 79 x 0,6 0,8 x (18750 2x 354,84 79,944 ts + − × = ts = 0,5 in Standardisasi do = di + 2 ts = 177,4075 + 2 (0,5) = 178,4075 in
Dari Brownell & Young tabel 5.7 diperoleh : ts = 0,5 in; do = 180 in;
di = do – 2 ts = 180 – 2 (1/2) = 179 in = 14,9166 ft Cek hubungan Ls dengan di :
Volume reaktor = 0,0756 d3 + π/4 (di)2 Ls + 0,0847d3 34592,5072 ft3 = 0,0756 d3 + π/4 (di)2 Ls + 0,0847d3 34592,5072 ft3 = 0,0756 (14,9166)3 + π/4 (14,9166)2 Ls + 0,0847(14,9166)3 Ls = 195 ft = 2340 in di Ls = 9166 , 14 195 = 13,07 ≥ 1,5 (memenuhi) 9.1.6. Menentukan tebal tutup
Tutup atas berbentuk standard dishead (r = di) C Pi) 0,1 E (f r Pi 0,885 tha + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ = + − = 16 1 ) 944 , 79 x 0,1 0,8 x (18750 179 x 944 , 79 x 0,885 tha in 1 in 9072 , 0 tha = ≈
Tutup bawah berbentuk konikal (de = di)
C α cos Pi) 0,6 E (f 2 de Pi thb 2 1 + ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ = + − = 16 1 120 cos x ) 944 , 79 x 0,6 0,8 x (18750 x 2 179 x 79.944 thb 2 1 in 2 in 9383 , 1 thb = ≈
9.1.7. Menentukan tinggi tutup dan tinggi bejana Tutup atas berbentuk standard dishead
r = di = 179 in icr = 0,06 di = 0,06 x 179 = 10,74 in AB = (di/2) – icr = 2 179 - 10,74 = 78,76 in BC = r – icr = 179 – 10,74 = 168,26 in AC = (BC)2 −(AB)2 = (168,26)2 −(78,76)2 = 148.6888 in b = r – AC = 179 – 148,6888 = 30,3114 in
Dari Brownell & Young, tabel 5-6, hal. 88 untuk ts = ½ diperoleh harga sf = 3 in
ha = tha + b + sf = 1 + 30,3114 + 3 = 34,3114 in Tutup bawah berbentuk konikal
hb = α tg di 2 1 2 1 ⋅ = 120 tg 179 x 2 1 2 1 = 51,67 in Lhb’ = hb + sf = 51,67 + 3 = 54,6743 in
H = tinggi tutup bawah + tinggi silinder + tinggi tutup atas = Lhb’ + Ls + ha
