BAB II URAIAN DAN PROSES

(1)

Uraian Proses II-1

BAB II

URAIAN DAN PROSES

II.1 Macam Proses

Untuk memproduksi Isopropyl Alkohol secara komersial dengan menggunakan proses hidrasi secara langsung, pada dasarnya terdapat tiga proses yaitu

a. Hidrasi Langsung fase uap b. Hidrasi Langsung fase cair-uap c. Hidrasi Langsung fase cair

II.1.1 Hidrasi Langsung Fase Uap

Produksi Isopropyl Alkohol dengan menggunakan proses Hidrasi Katalis langsung, mulai diperkenalkan pada permulaan tahun 1951 oleh ICI. Katalis yang digunakan pada proses ini adalah WO3 – ZnO sebagai zat penyokong SiO2. Proses terjadi pada temperatur dan tekanan yang tinggi yaitu pada 230oC – 290oC dan 200 – 250 atm. Pada tahun yang sama juga diperkenalkan oleh “ Veba – Chemie ” suatu proses lain dalam memproduksi Isopropyl Alkohol.

Pada prose Veba Chemie ini Propylene – air diuapkan kemudian dilewatkan pada suatu Bed katalis asam yaitu H3PO4 dengan bahan penyokongnya adalah SiO2. kondisi operasi pada reaksi ini yaitu pada temperature 240 –260 o C dan tekanan 25 – 65 atm.

(2)

Aliran gas dari reaktor kemudian didinginkan dan produk Isoprophyl alkohol dipisahkan dengan menggunakan Scrubber. Untuk proses phase uap ini selektivitas Isopropyl Alkohol mendekati 100 % dan jumlah Propylene yang tidak bereaksi jumalahnya sangat rendah ( 4 – 5% ) yang kemudian direcycle. Oleh karena menggunakan kondisi operasi pada tekanan serta temperatur yang tinggi dan adanya recycle gas kereaktor maka pada proses ini diperlukan bahan dasar dengan kemurnian yang tinggi dengan demikian maka biaya operasinya juga tinggi.

Gambar II.1 Flowsheet Uraian Proses Veba Chemie

II.1.2 Hidrasi langsung Fase Cair-uap

Untuk menghindari kerugian serta untuk menekan adanya biaya operasi yang tinggi maka oleh “ Deutsche – Texco “ dikembangkan suatu program “ Trickle – Bed “. Didalam proses ini air dan gas propylene dalam perbandingan molar antara 12 – 15 berbanding 1 dimasukkan dalam suatu reaktor Fixed bed lewat bagian atas yang kemudian akan mengalir sedikit demi sedikit (Trickle) kebawah melalui Resin Ion Exchange asam sulfat yang terdapat didalam reaktor.

(3)

Reaksi yang terjadi antara phase cair dan phase gas berlangsung antara temperatur 130 – 160 o C dan tekanan 60 – 100 atm. Selektivitas Isopropyl Alkohol pada proses semacam ini berkisar antara 98 %. Didalam proses phase cair ini akan dihasilkan produk samping yang berupa Diisopropyl Ether dan beberapa alkohol.

Gambar II.2 Flowsheet Uraian Proses Deutsce-Texco

II.1.3 Hidrasi langsung Fase Cair

Proses Hidrasi dalam Phase cair dikembangkan oleh Tokuyama – Soda dengan menggunakan katalis cair asam lemah. Untuk menghindari kerugian pada proses sebalumnya yaitu phase cair – uap dan phase uap, maka pada proses ini bahan baku propylene, air, katalis serta recycle larutan terlebih dahulu dipanaskan dan kemudian dilakukan penekanan didalam suatu reaktor. Katalis kemudian akan dipisahkan dan kebutuhan akan katalis ini jumlahnya relative sangat kecil kondisi reaksi pada phase ini yaitu pad tekanan 200 atm serta temperature 270oC . Selektifitas Isopropyl Alkohol pada proses ini antara 80 – 99 % mol.

(4)

Dengan menggunakan proses ini masalah utama dari perusahaan yaitu korosi dan pencemaran dapat ditekan, dan kemurnian bahan baku Propylene yang digunakan adalah 95% berat.

Gambar II.3 Flowsheet Uraian Proses Tokuyama-Soda

Berdasarkan pertimbangan tersebut diatas maka didalam perencanaan pabrik ini dipilih proses Hidrasi Langsung pada fase cair – uap. Karena pada proses ini selain beroperasi pada kondisi yang medium, persyaratan bahan baku juga tidak terlalu tinggi walaupun Yield relative kecil bila dibandingkan dengan kedua proses (fase) yang lain.

(5)

II.2 Seleksi Proses

Tabel II.2. Perbandingan fase uap, cair dan uap-cair dalam proses hidrasi langsung.

FASE UAP FASE CAIR-UAP FASE CAIR Katalis Kondisi operasi - Suhu - Tekanan - Selektivitas WO3 dan ZnO sebagai penyokong SiO2 240-2600C 25-65 atm 100% Resin ion exchange asam kuat H2SO4 130-1600C 60-100 atm 98% Resin ion exchange asam lemah 2700C 200 atm 80-99%

Berdasarkan perbandingan proses pada table 2.1, maka proses yang dipilih dalam pembuatan Isopropil Alkohol adalah proses hidrasi langsung dalam fase cair. Dengan pertimbanan sebagai berikut :

-Harga katalis lebih murah

- Biaya operasi lebih murah

(6)

II.3 Uraian Proses

Reaksi yang digunakan dalam pembuatan Isopropyl Alkohol dengan proses

hidrasi langsung. Tahpan-tahapan proses pra rencana pabrik Isopropil Alkohol

adalah sebagai berikut :

1. Tahap persiapan bahan baku.

Propylene yang merupakan umpan segar dari tangki penyimpan yang bertekanan 15 atm dan bersuhu 30 0C dipompa menuju heater guna dipanaskan dengan memakai steam. Dengan demikian diperoleh propylene yang bersuhu 160 0C yang siap dimasukkan ke dalam reaktor.

2. Tahap reaksi.

Campuran propylene dengan air dimasukkan ke reactor pada tekanan 60 atm dan suhu 160 0C dimana didalam reactor juga terdapat resin ion exchange asam kuat H2SO4 yang berfungsi untuk mempercepat terjadinya reaksi.

Reaksi yang terjadi dalam reaktor adalah :

C3H6(g) + H2O (l) à C3H7OH(l)

C3H7OH9(l) à [(CH3)2CH]2O (l) + H2O (l)

Reaktor yang digunakan adalah reactor jenis “ Fixed – bed “. Aliran yang masuk kedalam reaktor terdiri dari uap propylene, diisopropil ether dan air yang masuk secara Co – current. Reaksi pembentukan Isoprophyl alkohol direaktor berlangsung pada temperatur 130 - 160° C dan tekanan 60 atm.

(7)

Reaksi pembentukan Isoprophyl alkohol adalah reaksi Eksothermis. Panas yang keluar dari reaksi ini kemudian di hilangkan dengan pendingin sehingga temperatur didalam reaktor dapat dipertahankan pada 130 -160° C.

Produk yang keluar dari reaktor merupakan Isoprophyl alkohol, dimasukkan pada flash drum dengan kondisi operasi pada temperatur 40°C dan tekanan 1 atm. Flash drum ini berfungsi untuk memisahkan antara fase uap dan fase cairan.

3. Tahap pemisahan dan pemurnian.

Produk dari reactor lalu dimasukkan dalam flash drum untuk memisahkan fase liquid dan fase gas. Dalam flash drum terjadi pemisahan antara propylene, Isopropil Alkohol, H2O dan Diisopropyl Ether. Dimana propylene menuju keatas sedangkan yang menuju kolom destilasi adalah Isopropil Alkohol, H2O dan Diisopropyl Ether untuk dimurnikan lebih lanjut.

Isopropyl Alkohol yang dipasarkan berkadar 98% maka produk atas kolom destilasi I kembali dialirkan ke kolom destilasi II untuk dimurnikan, sedangkan produk bawah adalah diisopropyl ether yang merupakan hasil samping yang disimpan dalam tangki penampung.

Kolom destilasi II ini beroperasi pada tekanan 1 atm dan feed masuk dalam keadaan liquid jenuh. Produk atas dari kolom destilasi II merupakan produk utama Isopropyl Alkohol dengan kemurnian 98% dan produk bawah merupakan H2O yang dipompa menuju water proses untuk digunakan kembali dalam reactor.

(8)

III-1 Neraca Massa

BAB III

NERACA MASSA

Kapasitas Produksi = 30.000 ton / tahun ( data Import Indonesia )

Operasi = 330 hari / tahun

Basis Perhitungan = 60 detik

Produksi Isopropyl alkohol = 3787.879 kg / jam

Ratio propylene : air = 1 : 12

1. Reaktor (R-210)

Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

aliran 1 aliran 2 aliran 3

C3H6 3526.3890 881.5973 C3H8 9.1962 9.1962 CO2 1.4148 1.4148 H2O 18135.7149 17023.7688 IPA 3634.6995 DIPE 122.0382 3537.0000 18135.7149 jumlah 21672.7149 21672.7149

(9)

2. Flash Drum (H-310)

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Aliran 3 Aliran 4 Aliran 5

C3H6 881.59725 881.59725 C3H8 9.1962 9.1962 CO2 1.4148 1.4148 H2O 17023.76884 17023.76884 IPA 3634.699534 3634.699534 DIPE 122.0382479 122.0382479 20780.50662 892.20825 jumlah 21672.7149 21672.7149 3. Distilasi I (D-320) Komponen Masuk (kg/jam Keluar (kg/jam)

H2O 17023.7688 16257.6992 766.0696

IPA 3634.6995 3616.5260 18.1735

DIPE 122.0382 6.1019 115.9363

19880.3272 900.1794

(10)

III-3 Neraca Massa 4. Distilasi II(D-330) Komponen Masuk (kg/jam Keluar (kg/jam)

H2O 16257.6992 16013.8338 243.8655

IPA 3616.5260 72.3305 3544.1955

DIPE 6.1019 6.0714 0.0305

16092.2357 3788.0915

(11)

BAB IV

NERACA PANAS

1. Kompresor Propylane (G-111) 2. Kompresor Air (G-113) NERACA PANAS Masuk Keluar

Komponen kkal / jam Komponen kkal / jam

H2O 40218.4280 H2O 245798.4924

Ws 205580.0643

245798.4924 245798.4924

NERACA PANAS

Masuk Keluar

Komponen kkal / jam Komponen kkal / jam

C3H6 6451.0899 C3H6 15886.0409

C3H8 18.5672 C3H8 45.7706

CO2 1.6915 CO2 4.1554

Ws 9464.6184

(12)

IV-2 Neraca Panas

3. Heater Propylane (E-112)

4. Reaktor (R-210) NERACA PANAS Masuk Keluar Propylene: C3H6 202768.8267 C3H7OH 205581.8871 C3H8 592.6128 C6H14O 7075.2868 CO2 51.6076 H2O produk 1307.2354

H2O proses : C3H6 sisa 50692.2067

H2O 1100829.8179 H2O sisa 1032027.9543 C3H8 592.6128 CO2 51.6076 Δ H reaksi 53721483.1334 Q terserap 53728397.2078 Total 55025725.999 kkal / jam 55025725.999 kkal / jam Masuk Keluar

Komponen kkal/jam Komponen kkal/jam

C3H6 15886.0409 C3H6 202768.8267

C3H8 45.7706 C3H8 592.6128

CO2 4.1554 CO2 51.6076

Q steam 197344.2950 Q loss 9867.2148

(13)

5. Ekspansi Valve (E-211)

NERACA PANAS

MASUK (kkal/jam) KELUAR (kkal/jam)

C3H6 sisa 50692.2067 C3H6 sisa 109217.4161 C3H8 592.6128 C3H8 924.0785 CO2 51.6076 CO2 149.2836 H2O sisa 1032027.9543 H2O sisa 1318806.4259 C3H7OH 205581.8871 C3H7OH 331970.5529 C6H14O 7075.2868 C6H14O 7151.5639 H2O produk 1307.2354 H2O produk 6276.8338 Q ekspansi 477167.3639 Total 1774496.1547 1774496.1547

(14)

IV-4 Neraca Panas

6. Cooler I (E-212)

7. Heater Distilasi (E-312)

NERACA PANAS

C3H6 109217.4161 C3H6 4902.2254 C3H8 924.0785 C3H8 56.5196 CO2 149.2836 CO2 5.1245 H2O sisa 374237.9437 H2O sisa 113224.6112 C3H7OH 634075.0391 C3H7OH 20237.3336 C6H14O 10740.9242 C6H14O 684.4073 H2O produk 12099.9725 H2O produk 143.4178 Q terserap 1002191.0181 Total 1141444.6577 1141444.6577 NERACA PANAS

C3H7OH 20290.0625 C3H7OH 77613.8008

C6H14O 684.4073 C6H14O 2637.8842

H2O 113368.0291 H2O 417361.4005

Q supply 382390.0910 Q loss 19119.5046

(15)

8. Destilasi I (D-320)

NERACA PANAS

C3H7OH 77613.8008 destilat C6H14O 2637.8842 C3H7OH 403.0113 H2O 417361.4005 C6H14O 2603.3311 Q supply 1030997.3174 H2O 19468.2458 bottom C3H7OH 84681.1743 C6H14O 144.7442 H2O 435040.0816 Q loss 51549.8659 Qcondesation 934719.9485 Total 1528610.4028 1528610.4028

9. Cooler I Bottom (E-327)

NERACA PANAS

C3H7OH 84681.1743 C3H7OH 83184.3173

C6H14O 144.7442 C6H14O 142.1631

H2O 435040.0816 H2O 427744.9711

Q terserap 8794.5487

(16)

IV-6 Neraca Panas

10. Cooler I Top (E-324)

11. Destilasi II(D-330)

NERACA PANAS

C3H7OH 403.0113 C3H7OH 67.2669 C6H14O 2603.3311 C6H14O 430.6356 H2O 19468.2458 H2O 3399.3784 Q terserap 18577.3073 Total 22474.5882 22474.5882 NERACA PANAS

C3H7OH 67.2669 destilat C6H14O 430.6356 C3H7OH 84457.2954 H2O 3399.3784 C6H14O 0.7367 Q supply 3434463.7771 H2O 6635.0514 bottom C3H7OH 2149.6189 C6H14O 183.2101 H2O 536493.7086 Q loss 171723.1889 Qcondesation 2636718.2481 Total 3438361.0580 3438361.0580

(17)

12. COOLER II Top (E-334)

13. Cooler II Bottom (E-338)

NERACA PANAS

C3H7OH 2149.6189 C3H7OH 267.7221 C6H14O 183.2101 C6H14O 22.5517 H2O 536493.7086 H2O 71060.2282 Q terserap 467476.0355 Total 538826.5376 538826.5376 NERACA PANAS

C3H7OH 84457.2954 C3H7OH 13118.3837

C6H14O 0.7367 C6H14O 0.1133

H2O 6635.0514 H2O 1082.1355

Q terserap 76892.4510

(18)

V-1 Spesifikasi Peralatan

BAB V

SPESIFIKASI PERALATAN

1. TANGKI PENYIMPAN PROPYLEN (F-110)

2. KOMPRESSOR PROPYLEN (G-111)

Fungsi : Untuk menaikkan tekanan sebelum masuk ke dalam reactor Type : rotary sliding vane

Power : 52 hp

Jumlah : 1 buah

Fungsi = menampung gas propylene

Type = silinder horizontal dengan tutup dished ( hemispherical)

Kapasitas = 88481.39 cuft Tekanan = 15 atm Diameter = 39.82 ft = 11.68 m Panjang = 79.6 ft = 23.37 m Tebal shell = 4 1/2 in Tebal tutup = 2 2/3 in

Bahan konstruksi = Carbon Steal SA-283 grade C ( brownell hal 253 )

(19)

3. KOMPRESSOR AIR(G-113)

Fungsi : Untuk menaikkan tekanan sebelum masuk ke dalam reactor

Type : rotary sliding vane

Power : 1.5 hp

Jumlah : 1 buah

4. HEATER GAS PROPYLEN (E-112)

Fungsi : memanaskan bahan sampai suhu 160 °C

Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube)

Tube : Number and length : 70 16’0”

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 12 in Passes : 1 A : 701.5 ft² Jumlah : 1 buah

(20)

5. EKSPANSI VALVE (E-211)

Fungsi : menurunkan tekanan setelah keluar reaktor dan menuju separator

Jenis : centrifugal

Power : 41 hp

Jumlah : 1 buah

6. COOLER (E-212)

Fungsi : menurunkan bahan sampai suhu 40 °C

Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube) Tube : Number and length : 480, 16’0”

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 Jumlah : 1 buah

(21)

7. FLASH DRUM(H-310)

Fungsi : memisahkan gas dan liquid

Type : silinder vertical

Kapasitas : 2020.8.8 cuft

Diameter : 3 m

Tinggi : 7 m

Tebal shell : 3/4 in Tebal tutup : 3/4 in

Banhan kontruksi : Carbon Stell SA - 283 grade C

Jumlah : 1 buah

8. POMPA (L-311)

Fungsi : mengalirkan IPA, DIPE dan AIR menuju destilasi

Type : Centrifugal pump

Bahan : Commercial steel

Rate volumetric : 99.79 gpm

Total dynamic Head : 32.05 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 82%

Power : 6 hp

Jumlah : 1 buah

9. HEATER DESTILASI (E-312)

Fungsi : memanaskan bahan sampai suhu 80 °C

(22)

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 12 in Passes : 1 A : 735.7 ft² Jumlah : 1 buah 10. DESTILASI I (D-320)

Fungsi : memisahkan DIPE dari AIR dan IPA berdasarkan titik didih

Type : Sieve Tray Coloumn

T operasi : 80 °C P operasi : 1 atm Diameter : 3 ft Tebal shell : 3 / 16 in Tinggi tutup : 0.25 ft Tebal tutup : 0.1490 in Jumlah Tray : 17 plate Tebal tray : 12 gage Tray spacing : 24 in

Feed plate : masuk pada plate ke 3 H total tower : 12.5 m

(23)

11. KONDENSOR (E-321)

Fungsi : mengkondensasikan bahan sampai suhu 35 °C Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube) Tube : Number and length : 585 16’0”

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 A : 212.7 ft² Jumlah : 1 buah 12. AKUMULATOR (F-322)

Fungsi : Menampung sementara kondensat dari kondensor Type : silinder horizontal dengan tutup dished

Volume : 2.47 cuft Tekanan : 1 atm Diameter : 0.31 ft Panjang : 0.92 ft Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup : 3/16 in

(24)

Jumlah : 1 buah

13. POMPA (L-323)

Fungsi : mengalirkan bahan menuju Tangki penampung DIPE

Rate volumetric : 4.1385 gpm Total dynamic Head : 30.9 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 80%

Power : 1.1 hp

Jumlah : 1 buah

14. REBOILER (E-326)

Fungsi : menguapkan bahan sampai suhu 80 °C

Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube) Tube : Number and length : 850 16’0”

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 12 in Passes : 1 A : 217 m² Jumlah : 1 buah

(25)

15. POMPA (L-327)

Fungsi : mengalirkan bahan menuju distilasi II

Power : 10 hp

Jumlah : 1 buah

16. COOLER (E-328)

Fungsi : menurunkan bahan sampai suhu 84oC

Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube) Tube Number and length : 753 16’0”

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 A : 7.3 m² Jumlah : 1 buah

17. TANGKI PENAMPUNG DIPE (F-325)

(26)

Type : silinder tegak, tutup bawah datar dan tutup atas dished Kapasitas :3187.19 cuft

Diameter : 12ft

Panjang : 25 ft

Tebal shell :7/8 in Tebal tutup : 7/8 in

Bahan kontruksi : Carbon Steal SA-283 grade C ( brownell hal 253 )

Jumlah : 1 buah

18. COOLER (E-324)

Fungsi : mendinginkan suhu menuju Tangki DIPE

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 A : 4.5 m² Jumlah : 1 buah 19. DESTILASI II (D-330)

Fungsi : memurnikan IPA

Type : Sieve Tray Coloumn

(27)

P operasi : 1 atm Diameter : 3 ft Tebal shell : 3 / 16 in Tinggi tutup : 0.23 ft Tebal tutup : 0.1490 in Jumlah Tray : 17 plate Tebal tray : 12 gage Tray spacing : 24 in

Feed plate : masuk pada plate ke – 2 H total tower : 13.11 m

Jumlah : 1 buah

20. KONDENSOR (E-331)

Fungsi : mengkondensasikan bahan sampai suhu 35 °C Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube) Tube : Number and length : 401 16’0”

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 A : 560 ft² Jumlah : 1 buah

(28)

21. AKUMULATOR (F-332)

Fungsi : Menampung sementara kondensat dari kondensor Type : silinder horizontal dengan tutup dished

Volume : 10.4 cuft Tekanan : 1 atm Diameter : 1.88 ft Panjang : 3.76 ft Tebal shell : 3/16 in Tebal tutup : 3/16 in

Bahan kontruksi : Carbon Steal SA-283 grade C

Jumlah : 1 buah

22. POMPA (L-333)

Fungsi : mengalirkan bahan menuju destilasi

Rate volumetric : 19.8gpm

Total dynamic Head :52.2 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 85%

Power : 6 hp

(29)

23. REBOILER (E-336)

Fungsi : menguapkan bahan sampai suhu 84 °C

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 12 in Passes : 1 A : 786 ft² Jumlah : 1 buah 24. POMPA (L-337)

Fungsi : mengalirkan bahan menuju tangki penampung AIR

Rate volumetric : 84.41gpm Total dynamic Head : 32 ft lbf / lbm Effisiensi motor : 81%

Power : 4 hp

(30)

25. COOLER (L-338)

Fungsi : menurunkan bahan sampai suhu 35 °C ,menuju tangki AIR Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube)

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 A : 212.68 ft² Jumlah : 1 buah

26. TANGKI PENAMPUNG AIR (L-339) Fungsi : menampung AIR hasil destilasi

Type : silinder tegak, tutup bawah datar dan tutup atas dished Kapasitas : 65001.25 cuft

Diameter :68.9 ft

Panjang : 34.4ft

(31)

27. COOLER (E-334)

Fungsi : mendinginkan suhu menuju tangki penampung sementara IPA Type : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger (fixed tube)

OD : ¾ in BWG : 16 Pitch : 1 in² Passes : 2 Shell : ID : 10.2 in Passes : 1 A : 175 m² Jumlah : 1 buah

28. TANGKI PENAMPUNG IPA (F-335)

Fungsi : menampung IPA hasil destilasi

Type : silinder tegak, tutup bawah datar dan tutup atas dished Kapasitas : 7210 cuft

Diameter : 16.5 ft

Panjang : 33.13 ft

(32)

29. POMPA (L-340)

Fungsi : mengalirkan bahan dari tangki penampung AIR sebagai pendingin

Power : 10 hp

(33)

BAB VI

PERANCANGAN ALAT UTAMA

1. REAKTOR (R-210)

Nama alat : Reaktor

Fungsi : untuk mereaksikan propylene dan air

Type : fixed bed multitube

Shell :

Diameter : 6.4498 ft

Tinggi : 13 ft

Tebal shell : 2.51 in

Tebal tutup atas : 1 1/2in Tebal tutup bawah : 1 1/2 in

Bahan kontruksi : Carbon Stell SA-283 grade C

(34)

VI-2 Perancangan Alat Utama

Tube sheet :

Digunakan tube dengan diameter 1 1/4 in sch 40 IPS

OD : 1.66 in

ID : 1.38 in

Panjang tube : 12.009 ft

Pitch : 1 ¼ triangular

Jumlah tube : 46 buah

Distributor :

Diameter lubang : 1..38 in Jarak antar lubang : 1 ¼ in

(35)

BAB VII

INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

VII.I. Instrumentasi

Dalam rangka pengoperasian pabrik, pemasangan alat – alat instrumentasi sangat dibutuhkan dalam memperoleh hasil produksi yang optimal. Pemasangan alat –alat instrumentasi disini bertujuan sebagai pengontrol jalannya proses produksi dari peralatan – peralatan pada awal sampai akhir produksi, dimana dengan alat insrumentasi tersebut, kegiatan maupun aktifitas tiap – tiap unit dapat dicatat kondisi operasinya sehingga sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki serta mampu memberikan tanda – tanda apabila terjadinya penyimpangan selama proses produksi berlangsung.

Pada uraian diatas dapat disederhanakan bahwa dengan adanya alat instrumentasi maka :

1. Proses produksi dapat berjalan sesuai dengan kondisi – kondisi yang telah ditentukan sehingga diperoleh hasil yang optimum.

2. Proses produksi berjalan sesuai dengan effisiensi yang telah ditentukan dan kondisi proses tetap terjaga pada kondisi yang sama.

(36)

VII-2 Instrumentasi dan Keselamatan Kerja

4. Bila terjadi penyimpangan selama proses produksi, maka dapat segera diketahui sehingga dapat ditangani dengan segera.

Adapun variabel proses yang diukur dibagi menjadi 3 bagian :

1. Variabel yang berhubungan dengan energi, seperti temperatur, tekanan, dan radiasi.

2. Variabel yang berhubungan dengan kuantitas dan rate, seperti pada kecepatan aliran fluida, ketinggian liquida, dan ketebalan.

3. Variabel yang berhubungan dengan karakteristik fisik dan kimia, seperti densitas, kandungan air.

Yang harus diperhatikan didalam pemilihan alat Instrumentasi adalah :

- Lavel, Range, dan fungsi dari alat instrumentasi. - Ketelitian hasil pengukuran.

- Konstruksi material.

- Pengaruh yang ditimbulkan terhadap kondisi operasi proses yang berlangsung. - Mudah diperoleh dipasaran.

- Mudah dipergunakan dan mudah diperbaiki jika rusak.

Instrumentasi yang ada dipasaran dapat dibedakan dari jenis pengoperasian alat instrumentasi tersebut, yaitu alat instrumentasi manual atau otomatis. Pada dasarnya alat – alat kontrol yang otomatis lebih disukai dikarenakan pengontrolannya tidak terlalu sulit, kontinyu, dan efektif, sehingga menghemat tenaga kerja dan waktu. Akan tetapi mengingat faktor – faktor ekonomis dan

(37)

investasi modal yang ditanamkan pada alat instrumentasi berjenis otomatis ini, maka pada perancangan pabrik ini sedianya akan menggunakan kedua jenis alat instrumentasi tersebut.

Adapun fungsi utama dari alat instrumentasi otomatis adalah :

- Melakukan pengukuran.

- Sebagai pembanding hasil pengukuran dengan kondisi yang harus dicapai. - Melakukan perhitungan.

- Melakukan koreksi.

Alat instrumentasi otomatis ini dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Sensing / Primary element

Alat kontrol ini langsung merasakan adanya perubahan pada variabel yang diukur, misalnya temperatur. Primary element merubah energi yang dirasakan dari medium yang sedang dikontrol menjadi signal yang bisa dibaca (yaitu dengan tekanan fluida).

2. Receiving Element / Element Pengontrol

Alat kontrol ini akan mengevaluasi signal yang didapat dari sensing element dan diubah menjadi skala yang bisa dibaca, digambarkan dan dibaca oleh error detector. Dengan demikian sumber energi bisa diatur sesuai dengan perubahan – perubahan yang terjadi.

3. Transmitting Element.

Alat kontrol ini berfungsi sebagai pembawa signal dari sensing element ke receiving element.

(38)

Disamping ketiga jenis tersebut, masih terdapat peralatan pelengkap yang lain yaitu : Error Element Detector, alat ini akan membandingkan besarnya harga terukur pada variabel yang dikontrol dengan harga yang diinginkan dan apabila terdapat perbedaan alat ini akan mengirimkan signal error. Amplifier akan digunakan sebagai penguat signal yang dihasilkan oleh error detector jika signal yang dikeluarkan lemah. Motor Operator Signal Error yang dihasilkan harus diubah sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yaitu dengan penambahan variabel manipulasi. Kebanyakan sistem kontrol memerlukan operator atau motor untuk menjalankan Final Control Element. Final Control Element adalah untuk mengoreksi harga variabel manipulasi. Instrumentasi pada perencanaan pabrik ini:

1. Flow Control (FC)

Mengontrol aliran setelah keluar pompa.

2. Flow Ratio Control (FRC)

Mengontrol ratio aliran yang bercabang setelah pompa.

3. Level Control (LC)

Mengontrol ketinggian bahan didalam tangki dapat juga digunakan sebagai (WC) Weight Control.

4. Level Indicator (LI)

Mengindikasikan / informatif ketinggian bahan didalam tangki.

5. Pressure Control (PC)

Mengontrol tekanan pada aliran / alat.

(39)

Mengindikasikan / informatif tekanan pada aliran / alat.

7. Temperatur Control (TC)

Mengontrol suhu pada aliran / alat

Tabel Instrumentasi Pada Pabrik

N0. Nama Alat Instrumentasi

1. Tangki penampung PI 2. Pompa FC 3. Reaktor TC ; PI 4. Heat exchanger TC 5. Kolom distilasi LC ; PC 6. Compressor PC ; TC

VII.2 Keselamatan Kerja

Keselamatan kerja atau safety factor adalah hal yang paling utama yang harus diperhatikan dalam merencanakan suatu pabrik, hal ini disebabkan karena :

- Dapat mencegah terjadinya kerusakan – kerusakan yang besar yang disebabkan oleh kebakaran atau hal lainnya baik terhadap karyawan maupun oleh peralatan itu sendiri.

(40)

- Terpeliharanya peralatan dengan baik sehingga dapat digunakan dalam waktu yang cukup lama. Bahaya yang dapat timbul pada suatu pabrik banyak sekali jenisnya, hal ini tergantung pada bahan yang akan diolah maupun tipe proses yang dikerjakan.

Secara umum bahaya – bahaya tersebut dapat dibagi dalam tiga kategori, yaitu :

1. Bahaya kebakaran.

2. Bahaya kecelakaan secara kimia. 3. Bahaya terhadap zat – zat kimia.

Untuk menghindari kecelakaan yang mungkin terjadi, berikut ini terdapat beberapa hal yang perlu mendapat perhatian pada setiap pabrik pada umumnya dan pada pabrik ini pada khususnya.

VII.2.1 Bahaya Kebakaran

a. Penyebab Kebakaran.

1. Adanya nyala terbuka (open flame) yang datang dari unit utilitas, workshop, dan lain – lain.

2. Adanya loncatan bunga api yang disebabkan karena konsleting aliran listrik seperti pada stop kontak, saklar serta instrumen lainnya.

b. Pencegahan.

1. Menempatkan unit utilitas dan power plant cukup jauh dari lokasi proses yang dikerjakan.

2. Menempatkan bahan yang mudah terbakar pada tempat yang terisolasi dan tertutup.

(41)

3. Memasang kabel atau kawat listrik ditempat – tempat yang terlindung, jauh dari daerah yang panas yang memungkinkan terjadinya kebakaran.

4. Sistem alarm hendaknya ditempatkan pada lokasi dimana tenaga kerja dengan cepat dapat mengetahui apabila terjadi kebakaran.

c. Alat Pencegah Kebakaran.

1. Instalasi permanen seperti fire hydrant system dan sprinkle otomatis.

2. Pemakaian portable fire – extinguisher bagi daerah yang mudah dijangkau bila terjadi kebakaran. Jenis dan jumlahnya pada perencanaan pabrik ini dapat dilihat pada tabel.

3. Untuk pabrik ini lebih disukai alat pemadam kebakaran tipe karbon dioksida. 4. Karena bahan baku ada yang beracun, maka perlu digunakan kantong – kantong udara atau alat pernafasan yang ditempatkan pada daerah – daerah strategis pada pabrik ini.

VII.2.2 Bahaya Kecelakaan

Karena kesalahan mekanik sering terjadi dikarenakan kelalaian pengerjaan maupun kesalahan konstruksi dan tidak mengikuti aturan yang berlaku. Bentuk kerusakan yang umum adalah karena korosi dan ledakan. Kejadian ini selain mengakibatkan kerugian yang besar karena dapat mengakibatkan cacat tubuh maupun hilangnya nyawa pekerja. Berbagai kemungkinan kecelakaan karena mekanik pada pabrik ini dan cara pencegahannya dapat digunakan sebagai berikut :

(42)

a. Vessel.

Kesalahan dalam perencanaan vessel dan tangki dapat mengakibatkan kerusakan fatal, cara pencegahannya :

1. Menyeleksi dengan hati – hati bahan konstruksi yang sesuai, tahan korosi serta memakai corrosion allowance yang wajar. Untuk pabrik ini, semua bahan konstruksi yang umum dapat dipergunakan dengan pengecualian adanya seng dan tembaga. Bahan konstruksi yang biasanya dipakai untuk tangki penyimpan, perpipaan, dan peralatan lainnya dalam pabrik ini adalah steel. Semua konstruksi harus sesuai dengan standar ASME (America Society Mechanical Engineering). 2. Memperhatikan teknik pengelasan.

3. Memakai level gauge yang otomatis.

4. Penyediaan manhole dan handhole (bila memungkinkan) yang memadai untuk inspeksi dan pemeliharaan. Disamping itu peralatan tersebut harus dapat diatur sehingga mudah untuk digunakan.

b. Heat Exchanger

Kerusakan yang terjadi pada ummumnya disebabkan karena kebocoran – kebocoran. Hal ini dapat dicegah dengan cara :

1. Pada inlet dan outlet dipaasang block valve untuk mencegah terjadinya thermal expansion.

2. Drainhole yang cukup harus disediakan untuk pemeliharaan.

3. Pengecekan dan pngujian terhadap setiap ruangan fluida secara sendiri – sendiri.

(43)

4. Memakai heat exchanger yang cocok untuk ukuran tersebut. Disamping itu juga rate aliran harus benar – benar dijaga agar tidak terjadi perpindahan panas yang berlebihan sehingga terjadi perubahan fase didalam pipa.

c. Peralatan yang bergerak.

Peralatan yang bergerak apabila ditempatkan tidak hati – hati, maka akan menimbulkan bahaya bagi pekerja. Pencegahan bahaya ini dapat dilakukan dengan :

1. Pemasangan penghalang untuk semua sambungan pipa.

2. Adanya jarak yang cukup bagi peralatan untuk memperoleh kebebasan ruang gerak.

d. Perpipaan.

Selain ditinnjau dari segi ekonomisnya, perpipaan juga harus ditinjau dari segi keamanannya hal ini dikarenakan perpipaan yang kurang teratur dapat membahayakan pekerja terutama pada malam hari, seperti tebentur, tersandung dan sebagainya. Sambungan yang kurang baik dapat menimbulkan juga hal – hal yang tidak diinginkan seperti kebocoran – kebocoran bahan kimia yang berbahaya. Untuk menghindari hal – hal yang tidak diinginkan tersebut, maka dapat dilakukan dengan cara :

1. Pemasangan pipa (untuk ukuran yang tidak besar hendaknya pada elevasi yang tinggi tidak didalam tanah, karena dapat menimbulkan kesulitan apabila terjadi kebocoran.

(44)

2. Bahan konstruksi yang dipakai untuk perpipaan harus memakai konstruksi dari steel.

3. Sebelum dipakai, hendaknya diadakan pengecekan dan pengetesan terhadap kekuatan tekan dan kerusakan yang diakibatkan karena perubahan suhu, begitu juga harus dicegah terjadinya over stressing atau pondasi yang bergerak.

4. Pemberian warna pada masing – masing pipa yang bersangkutan akan dapat memudahkan apabila terjadi kebocoran.

e. Listrik

Kebakaran sering terjadi akibat kurang baiknya perencanaan instalasi listrik dan kecerobohan operator yang menanganinya. Sebagai usaha pencegahannya dapat dilakukan :

1. Alat – alat listrik dibawah tanah sebaiknya diberi tanda seperti dengan cat warna pada penutupnya atau diberi isolasi berwarna.

2. Pemasangan alat remote shut down dari alat – alat operasi disamping starter. 3. Penerangan yang cukup pada semua bagian pabrik supaya operator tidak mengalami kesulitan dalam bekerja.

4. Sebaiknya untuk penerangan juga disediakan oleh PLN meskipun kapasitas generator set mencukupi untuk penerangan dan proses.

5. Penyediaan emergency power supplies tegangan tinggi. 6. Meletakkan jalur – jalur kabel listrik pada posisi aman.

7. Merawat peralatan listrik, kabel, starter, trafo, dan lain sebagainya. f. Isolasi.

Isolasi penting sekali terutama berpengaruh terhadap pada karyawan dari kepanasan yang dapat mengganggu kinerja para karyawan, oleh karena itu dilakukan :

(45)

1. Pemakian isolasi pada alat – alat yang menimbulkan panas seperti reaktor, exchanger, kolom distilasi dan lain – lain. Sehingga tidak mengganggu kosentrasi pekerjaan.

2. Pemasangan pada kabel instrumen, kawat listrik dan perpipaan yang berada pada daerah yang panas, hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya kebakaran.

g. Bangunan pabrik.

Hal – hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan bangunan pabrik adalah:

1. Bangunan – bangunan yang tinggi harus diberi penangkal petir dan jika tingginya melebihi 20 meter, maka harus diberi lampu mercu suar.

2. Sedikitnya harus ada dua jalan keluar dari dalam bangunan.

VII.2.3 Bahaya Karena Bahan Kimia

Banyak bahan kimia yang berbahaya bagi kesehatan. Biasanya para pekerja tidak mengetahui seberapa jauh bahaya yang dapat ditimbulkan oleh bahan kimia seperti bahan – bahan berupa gas yang tidak berbau atau tidak berwarna yang sulit diketahui jika terjadi kebocoran. Untuk itu sering diberikan penjelasan pendahuluan bagi para pekerja agar mereka dapat mengetahui bahwa bahan kimia tersebut berbahaya. Cara lainnya adalah memberikan tanda – tanda atau gambar – gambar pada daerah yang berbahaya atau pada alat – alat yang berbahaya, sehingga semua orang yang berada didekatnya dapat lebih waspada. Selain hal – hal tersebut diatas, usaha – usaha lain dalam menjaga keselamatan kerja dalam pabrik ini adalah memperhatikan hal – hal seperti :

(46)

2. Harus memakai sepatu karet dan tidak diperkenankan memakai sepatu yang alasnya berpaku.

3. Untuk pekerja lapangan maupun pekerja proses dan semua orang yang memasuki daerah proses diharuskan mengenakan topi pengaman agar terlindung dari kemungkinan kejatuhan barang – barang dari atas.

4. Karena sifat alami dari steam yang sangat berbahaya, maka harus disediakan kacamata tahan uap, masker penutup wajah, dan sarung tangan yang harus dikenakan.

(47)

BAB VIII

UTILITAS

Unit utilitas adalah sarana yang sangat penting bagi kelangsungan proses produksi. Unit utilitas yang diperlukan pada pra-rencana pabrik Isopropil Alkohol ini meliputi :

1. Unit penyediaan air 2. Unit penyediaan steam 3. Unit penyediaan listrik 4. Unit penyediaan bahan bakar 1. Unit Penyediaan Air

a. Air Sanitasi

Air ini digunakan untuk karyawan, laboratorium, taman dan lain-lain. Kebutuhan air sanitasi dapat diperinci sebagai berikut :

Ø Kebutuhan karyawan = 50 liter/hari per orang Jumlah karyawan = 140 orang

Jam kerja untuk karyawan adalah 8 jam, sehingga pemakaian air sanitasi untuk setiap karyawan sebanyak 140 orang adalah

= 50 x 140/3

= 7000 liter/hari = 97. 92 liter/jam (97.92 kg/jam) Ø Laboratorium dan taman

Air untuk kebutuhan laboratorium dan taman diperkirakan 50 % dari kebutuhan karyawan, maka :

= 50 % x 97.92 kg/jam = 78.333 kg/jam

(48)

VIII-2 Utilitas

Jadi kebutuhan air untuk sanitasi adalah = 97.92 + 78.33 = 176.25 kg/jam

Ø Untuk pemadam kebakaran dan cadangan air diperkirakan 40 % excess, sehingga total kebutuhan air sanitasi

= 1,4 x 176.5 kg/jam = 246.75 kg/jam ≈ 247 kg/jam b. Air Pemanas (steam)

Air pemanas digunakan pada peralatan-peralatan berikut : No Nama peralatan Steam (kg/jam)

1 Heater propylene 429.4198 2 Heater distilasi 832.678

3 Boiler 1 2143.443

4 Boiler 2 7773

total 10978.31

Total air untuk keperluan pemanas sebesar 10978.31 kg/jam.

Direncanakan banyaknya steam yang disuplay adalah 10 % excess, maka : Kebutuhan steam = 110 % x 10978.31

= 12076.14 kg/jam

(49)

Air pendingin digunakan pada peralatan-peralatan berikut :

No alat massa air

pendingin 1 reaktor 2 cooler 1 66812.73454 4 coler 1(D1) 586.3032482 5 cooler 2 (D1) 1238.487156 7 cooler 1(D2) 5126.163398 8 cooler2(D2) 31165.06903 Total 104928.7574

Total air untuk keperluan pendingin sebesar 104928.75 kg/j. Direncanakan banyaknya air pendingin yang disuplay dengan excess 20 %, maka kebutuhan air pendingin adalah

= 1,2 x 104928.75 kg/j = 125914.5 kg/j

d. Air proses

Air proses digunakan pada peralatan-peralatan berikut :

No Nama alat Jumlah (kg/jam)

1 Reaktor ( R-110 ) 18135.71 T o t a l 18135.71

Jadi total air yang harus disuplay adalah :

Nama alat Jumlah (kg/jam)

Air sanitasi Air pemanas Air pendingin Air proses 247 12076.14 125914.5 18135.7 T o t a l 156373.367

(50)

VIII-4 Utilitas

Pra rencana pabrik Isopropil Alkohol ini menggunakan air sungai yang masih perlu diproses (treatment) untuk memenuhi kebutuhan air sanitasi, air pemanas, air pendingin, air proses. Peralatan yang digunakan pada bagian ini adalah sebagai berikut :

1. Pompa (L-211)

Fungsi : Mengalirkan air dari sungai ke bak sedimentasi (F-212) Type : centrifugal pump

Rate aliran = 156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt Densitas (ρ) = 62,2 lb/ft3

Viskositas (µ) = 0,85 cp = 2,0562 lb/ft.j= 0.000571 lb/ft.s

Asumsi : aliran turbulen

Dari fig. 14-2 Peters and Timmerhouse hal 498 diperoleh ID optimum = 13.4 in

Standarisasi ID = 14 in sch 30 (table 11 Kern) ID = 13.25 in = 1.104 ft

OD = 14 in

Flow area = 138 in2 = 0.966 ft2

Menghitung kecepatan aliran fluida dalam pipa :

ft/menit 916 . 293 ft 966 . 0 /menit ft 92 . 283 A Q v ₂ 3 = = = = 4.89 ft/det /men ft 1170 /j ft 7026 62,2 ρ m Q volumetrik Rate 3 3 = = = = =

(51)

Cek aliran dengan Bilangan Reynold 6 . 588991 t lb/ft.meni 0343 . 0 0 ) lb/ft 62,2 ft/menit)( 916 . 293 ft)( (1.104 μ D.v.ρ N 3 Re = = =

NRe≥ 2100 aliran turbulen (asumsi benar)

Perpipaan

Dianggap panjang pipa lurus = 100 ft Ø Elbow 90 sebanyak 3 buah

L/D = 32 (Tabel 1 Peters and Timmerhouse hal 484) L = 3 x 32 x 1,75 = 168 ft

Ø Gate valve sebanyak 1 buah

L/D = 7 (Tabel 1 Peters and Timmerhouse hal 484) L = 7 x 1,75 = 12,25 ft

Ø Globe valve sebanyak 1 buah

L/D = 300 (Tabel 1 Peters and Timmerhouse hal 484) L = 300 x 1,75 = 525 ft

Ltotal = 500 + 168 + 12,25 + 525 = 1205,25 ft

Untuk jenis comersial steel didapat ε = 4,6 x 10-5 m = 1,81102 x 10-3 in 0,00008522 in 25 , 1 2 in 10 1,81102 D ε maka 3 = × = −

Dari fig. 2.10-3 Geankoplis hal 88 didapat f = 0,004 Friction loss dari system perpipaan

1. Friksi pada pipa lurus

m f 2 2 f 0,6608ft.lb /lb 2(32,174) (1,9643) 1,75 1205,25 4(0,004) 2gc V D ΔL 4f F = × × = × × =

(52)

VIII-6 Utilitas m f 2 2 c c 0,0329ft.lb /lb 2(32,174) (1,9643) 0,55 2gc V K h = × = × =

3. Friksi pada 3 elbow

m f 2 2 f f 0,1349ft.lb /lb 2(32,174) (1,9643) 0,75 3 2gc V K 3 h = × × = × × = Total friksi (ΣF) = 2.42+ 0,14 + 0.372 = 2.95 ft.lbf /lbm Hukum Bernoulli Beda ketinggian = 15 ft Beda tekanan = 0 psi

Faktor turbulensi (α) = 1

wp = -15 + 2.95 + 100 + 0.372 = 78.324 Hp = 0.673

Efisiensi pompa 10 % , sehingga : BHP = 0.6738

Power motor 80% sehingga : Power motor = 1 hp

Dimensi pompa

Fungsi : mengalirkan air dari sungai ke bak sedimentasi (F-212)

Type : centrifugal pump

Daya pompa : 1 hp

Bahan konstruksi : cash iron

(53)

2. Bak Sedimentasi (F-212)

Fungsi : menampung air dari sungai sekaligus sebagai tempat pengendapan sementara. Rate aliran : 156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt ρair = 995,68 kg/m3 /j m 1989 kg/m 995,68 kg/j 871 . 1981349 volumetrik Rate = ₃ = 3

Waktu tinggal = 12 jam

Volume air = 1989 m3/j x 12 jam = 23879.35 m3 Direncanakan bak berisi air 80 %, maka :

3 3 m 298949 0,8 m 605 . 23879 bak Volume = =

Direncanakan bak berbentuk persegi panjang dengan ratio Panjang (P) : Lebar (L) : Tinggi (T) = 1 : 2 : 2

Maka :

Volume bak penampung = P x L x T 4 X3 = 2355.7 X3 = 1810.2 m3 X = 8 m Maka : • Panjang = 2 x 8 m = 16 m • Lebar = 2 x 8 m = 16 m • Tinggi = 1 x 8 m = 8 m

(54)

VIII-8 Utilitas

Dimensi bak

Fungsi : menampung air dari sungai sekaligus sebagai tempat pengendapan sementara.

Bentuk : persegi panjang Ukuran : (16 x 16 x 8) m3 Bahan : beton bertulang Jumlah : 1 buah

3. Pompa sedimentasi (L-213)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak sedimentasi ke bak skimer Type : centrifugal pump

Standarisasi ID = 14 in sch 30 (table 11 Kern) ID = 13.25 in = 1.104 ft OD = 14 in Flow area = 138 in2 = 0.966 ft2 /men ft 1170 /j ft 7026 62,2 436808 ρ m Q volumetrik Rate 3 3 = = = = =

(55)

Menghitung kecepatan aliran fluida dalam pipa : ft/menit 916 . 293 ft 966 . 0 /menit ft 92 . 283 A Q v ₂ 3 = = = = 4.89 ft/det

Cek aliran dengan Bilangan Reynold

6 . 588991 t lb/ft.meni 0343 . 0 0 ) lb/ft 62,2 ft/menit)( 916 . 293 ft)( (1.104 μ D.v.ρ N 3 Re = = =

Perpipaan

Ltotal = 500 + 168 + 12,25 + 525 = 1205,25 ft

(56)

VIII-10 Utilitas

5. Kontraksi pada keluaran

m f 2 2 c c 0,0329ft.lb /lb 2(32,174) (1,9643) 0,55 2gc V K h = × = × =

wp = -15 + 2.95 + 100 + 0.372 = 78.324 Hp = 0.673

Power motor 80% sehingga : Power motor = 1 hp

Dimensi pompa

Fungsi : mengalirkan air bak sedimentasi ke bak skimer (F-214)

Daya pompa : 1 hp

(57)

Jumlah : 1 buah

4. Bak Skimer (F-214)

Fungsi : menampung air dari sungai sekaligus sebagai tempat pembersihan kotoran-kotoran yang terapung dalam air.

Rate aliran : 156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt ρair = 995,68 kg/m3 /j m 1989 kg/m 995,68 kg/j 871 . 1981349 volumetrik Rate = ₃ = 3

Waktu tinggal = 12 jam

Volume air = 1989 m3/j x 12 jam = 23879.35 m3 Direncanakan bak berisi air 80 %, maka :

3 3 m 298949 0,8 m 605 . 23879 bak Volume = =

Maka :

Volume bak penampung = P x L x T 4 X3 = 2355.7 X3 = 1810.2 m3 X = 8 m Maka : • Panjang = 2 x 8 m = 16 m • Lebar = 2 x 8 m = 16 m • Tinggi = 1 x 8 m = 8 m

(58)

VIII-12 Utilitas

Dimensi bak

Fungsi : menampung air dari sungai sekaligus sebagai tempat pengendapan sementara.

Bentuk : persegi panjang Ukuran : (16 x 16 x 8) m3 Bahan : beton bertulang Jumlah : 1 buah

5. Pompa skimer (L-215)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak skimer ke clarifier Type : centrifugal pump

OD = 14 in

Flow area = 138 in2 = 0.966 ft2

Menghitung kecepatan aliran fluida dalam pipa : /men ft 1170 /j ft 7026 62,2 436808 ρ m Q volumetrik Rate 3 3 = = = = =

(59)

ft/menit 916 . 293 ft 966 . 0 /menit ft 92 . 283 A Q v ₂ 3 = = = = 4.89 ft/det

Perpipaan

Ltotal = 500 + 168 + 12,25 + 525 = 1205,25 ft

(60)

VIII-14 Utilitas

wp = -15 + 2.95 + 100 + 0.372 = 78.324 Hp = 0.673

Power motor 80% sehingga : Power motor = 8.4 hp

Dimensi pompa

Fungsi : mengalirkan air dari skimmer ke clarifier

Daya pompa : 1 hp

(61)

6. Bak Clarifier (F-216)

Fungsi : Sebagai tempat terjadinya flokulasi yaitu dengan jalan pencampuran alum atau Al2(SO4)3 .18 H2O 30 % sebanyak 80 ppm (0.08 kg/m3)

A. Menentukan dimensi bak clarifier

Rate aliran = 156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt Densitas (ρ) = 62,2 lb/ft3 = 62,2 lb/ft3 /j m 7171 . 482 kg/m 995,68 kg/j 7851 . 480631 volumetrik Rate 3 3 = = Diasumsikan :

- Volume bahan = 80 % volume tangki

- Volume ruang kosong = 20 % volume tangki - Waktu tinggal = 0,5 jam = 30 menit

Volume bahan = 1059601 ft3/ jam x 0.5 jam. = 8517.692 ft3.

Jadi volume tangki = VT = (100/80) x 8517.692 ft3 = 16814.153 ft3.

= 190.79 m3.

Kebutuhan alum = 30% dari volume air total dengan konsentrasi 80 ppm atau 80 mg tiap 1 L air (0,08 kg/m3).

Jadi kebutuhan alum = (30%) x (190.79 m3) x (0,08 kg/m3) = 4.5791 kg.

Kebutuhan alum tiap hari =

jam 5 . 0 4.5791Kg x hari jam/ 24 = 219.8 kg/hari Menentukan dimensi tangki :

(62)

VIII-16 Utilitas Volume total = _s 2 i 3 i L 4 D π α 1/2 tg 24 D π ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ 6814.153ft3 =

( )

s 2 i 3 i L 4 D π 60 tg 24 D π ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ , dimana Ls=1,5 Di 6814.153 ft3 =

( )

i 2 i 3 i D 1,5 4 D π 60 tg 24 D π ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ 6814.15 = 0,0755.Di3 + 1,1775 Di3 Di3 = 5438.271 ft3 Di = 17.58 ft = 211.0255 in = 5.27 m

Menentukan tinggi bahan (Lls):

Volume bahan = V tutup bawah + V silinder

8517.69 ft3 = _ls 2 i 3 i L 4 D π α 1/2 tg 24 D π ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ 8517.69 =

(

)

( )

(

)

ls 2 3 L 4 20,5637 π 60 tg 24 20,5637 π ₊ ⋅ _⋅ ⋅ ⋅ 8517.69 = 657,1761 ft3 + 332,1179 ft2 . Lls Lls = 8.609 ft.

Menentukan tekanan design (Pdesign) : P design = P operasi + P hidrostatik

P hidrostatik = 3.268psia 144 1) 58 . 17 ( 62,2 144 1) ρ.(H = − = −

P design = (14,7 + 3.268 ) psia – 14,7 = 3.268 psig Menentukan tebal silinder (ts

Bahan : HAS SA 240 grade B

(63)

(

f E 0,6P

)

C 2 D P t i i i s + − ⋅ ⋅ = =

(

) (

)

(

) ( ) ( )(

)

[

]

16 1 3.268 0,6 0,8 18750 2 211.025 3.268 + − ⋅ ⋅ = 16 3232 , 2 in ≈ 16 3 in Standarisasi Do : Do = Di + 2 ts = 211.025 in + 2 ( 3/16 ) in = 211.4 in

Dari Brownell & Young, tabel 5-7 hal. 89 didapatkan standarisasi Do = 211 in, sehingga :

Di = Do – 2 ts = 211 in – 2 ( 3/16 ) in =

211.03 in = 17.59 ft

Menentukan tinggi silinder (Ls) :

Ls = 1,5 Di = 1,5 (211.03) in = 316.54in = 26.38 ft Menentukan dimensi tutup bawah (conical) :

Tebal tutup bawah (thb) :

(

f E 0,6Pi

)

cosα C 2 de P thb i + − ⋅ ⋅ = , dimana de = Di =

(

) (

)

(

) ( ) ( )(

)

[

]

16 1 60 cos 3.268 0,6 0,8 18750 2 211.03 13.268 ₊ − ⋅ ⋅ = 0,1268 in x 16 16 = 16 3 in 16 2,0288 _≈ in

Dari Brownell & Young, tabel 5.7 hal. 89, untuk do = 240 dengan ts = 3/16 in, maka sf = 1,5 – 2 sehingga diambil harga sf = 1,5 in. ( Brownell & Young, tabel

5.6, hal. 88 ).Tinggi tutup bawah (hb) =

α 2 1 tg D 2 1 i ⋅ =

(

)

( )

120 2 1 tg 211.025 2 1 ⋅ = 62 in

(64)

VIII-18 Utilitas

Dari perhitungan diatas, maka diperoleh dimensi bak clarifier sebagai berikut :

- Do =211.4 i-thb = 3/16 in

- Di =211.03 in-hb = 62 in

- Ls =316.54 in -ts = 3/16 in

- Tinggi tangki = Tinggi tutup bawah (hb) + Tinggi silinder (Ls) = (62 + 316.54) in

= 378.6045 in

B. Menentukan dimensi pengaduk Perencanaan pengaduk :

§ Jenis pengaduk: Axial turbin 4 blades sudut 45o ( G.G. Brown hal. 507).

§ Bahan impeller :High Alloy Steel SA 240 Grade M type 316.

Bahan poros pengaduk :Hot Roller SAE 1020

Dari G.G. Brown hal. 507, diperoleh data-data sebagai berikut :

- Di Dt = 5,2 - Di Zl = 5,2 - Di Zi = 0,87 - Di W = 0,1 Dimana :

Dt = Diameter dalam dari silinder

Di = Diameter impeller

Zi = Tinggi impeller dari dasar tangki

Zl = Tinggi liquid dalam silinder

W = Lebar baffle (daun) impeller

a. Menentukan diameter impeller

Di Dt = 5,2 Sehingga : Di = 5,2 Dt

(65)

Di = 2 , 5 03 . 211 = 40.5 in

b. Menentukan tinggi impeller dari dasar tangki

Di Zi

= 0,87 ; Zi = 0,9 Di

Sehingga :

Zi = 0,9 Di = 0,9 x (40.5) = 36.5 in c. Menentukan panjang impeller

Di L

= ¼ (Mc. Cabe, OTK jilid 1, hal. 235)

Sehingga : L = ¼ Di

L = ¼ x (36.5 in) = 9.13 in d. Menentukan lebar impeller

Di W

= 0,1

Sehingga :

W= 0,1 Di = (0,1) . (36.5 in) = 3.65 in e. Menentukan tebal blades

Dt J = Dt J (Geankoplis, hal. 144) Sehingga : J = 12 Dt J = 12 03 . 211 = 217.5 in

Perhitungan daya pengaduk :

gc Di n ρ P 5 3 × × × = φ (Brown.G.G, hal 506)

(66)

VIII-20 Utilitas Dimana : P = daya pengaduk φ = power number ρ = densitas bahan = 62,2 lb/ft3 Di = diameter impeller = 40.5 in = 3.375 ft

gc = 32,2 lb.ft/dt2.lbf (gc = faktor gravitasi konversi )

n = putaran pengaduk, ditetapkan n= 20 rpm = 2 rps (Perry, edisi 6 hal. 19-6)

Menghitung bilangan Reynold (NRe) :

μ n D N 2 Re ρ ⋅ ⋅ = (Brown.G.G, hal 506) Dengan µ bahan = 0,8 cp = (0,8) x (6,7197.10-4) = 5,37.10-4 lb/ft.s

(

) ( )

(

)

lb/ft.dt 10 5,37 lb/ft 62,2 2 ft 5637 , 20 N ₄ 3 2 Re ₋ ⋅ × × = = 4763732,365

Diketahui aliran liquid adalah turbulen (NRe > 4000). Dari G.G. Brown fig. 4.77 hal.. 507, diperoleh φ = 0,6.

( )

(

)

( ) (

)

.lbf lb/ft/dt 32,2 ft 5637 , 20 2 lb/ft 2 62, 0,6 P ₂ 5 3 3 × × × = = 8966,9323lb.ft/dt = (8966,9323/ 550) = 16,3035 Hp Kehilangan-kehilangan daya :

- Gain Losses ( kebocoran daya pada proses dan bearing (poros datar) )

diperkirakan 10% dari daya masuk.

- Transmission System Losses (kebocoran belt atau gear) diperkirakan 15% dari

(67)

Sehingga daya yang dibutuhkan = (0,1 + 0,15) P + P = (0,25) (16,3035 Hp) + 16,3035 Hp

= 20,3794 Hp ≈ 20,5 Hp Perhitungan poros pengaduk :

1. Diameter poros

(

)

N H 63025 T = ⋅ (Hesse, 469)

Dimana : H = daya motor pada poros = 20,5 Hp N = putaran pengaduk = 120 rpm

(

) (

)

120 20,5 63025 T = ⋅ = 10766,7708 lb.in

Dari Hesse, tabel 16-1 hal. 457, untuk bahan Hot Rolled Steel SAE 1020, mengandung karbon = 20%, dengan batas elastis = 36000 lb/in2.

S = maksimum design shering stress yang diijinkan

S = 20% x (36000) lb/in2 = 7200 lb/in2

Maka didapatkan diameter poros pengaduk (D) :

3 1 S π T 16 D     × × = = 3 1 2 lb/in 7200 π lb.in 7708 , 0766 1 16     × × (Hesse, hal 465) = 1,9675 in 2. Panjang poros L = h + Zi Dimana : L = panjang poros (ft)

Zi = jarak impeller dari dasar tangki = 42,7093 in h = tinggi silinder + tinggi tutup atas = 430,6724 in

(68)

VIII-22 Utilitas

= 387,9631 in = 32,3303 ft Spesifikasi Bak Clarifier

− OD = 211 in − ID = 211.03 in − ts = 3/16 in − L = 430,6724 in − Jumlah = 4 buah 7. Sand Filter (F-217)

Fungsi : menghilangkan warna, bau, rasa air sungai

Type : Bak berbentuk silinder dengan tutup atas dan bawah berbentuk standard dishead. Rate aliran : 156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt ρair = 995,68 kg/m3 /j m 7171 . 482 kg/m 995,68 kg/j 7851 . 480631 volumetrik Rate = ₃ = 3

Waktu tinggal = 0,5 jam

Volume air = 482.7171 m3/j x 0,5 jam = 241.36 m3 Direncanakan bak berisi air 80 %

Maka air didalam bed = 0,8 x 241.36 = 193.09 m3 Volume ruang kosong = 0,2 x 241.36 = 48.272 m3 Volume bahan = Vpadatan + Vair

Menentukan volume padatan :

Vpadatan 272 . 48 48.272 0,4 + = Volume padatan = 72.408 m3 Volume bahan = 72.408 + 241.36 = 313.661 m3

(69)

Bila bejana terisi 80 % bahan, maka : Vbejana = 313.661/0,8 = 392.21 m3

Bak berbentuk silinder dengan tutup atas dan bawah berbentuk standard dishead. Jika Ls = 1,5 d

392.20 = π/4 x d2 x 1,5 d d3 = 333.23 m3

d = 6.933 m ≈ 277.31 in

Standarisasi (Brownell and Young, hal 90) D = 211.4 in = 5 m

L = 1,5 x 5 m = 7,9 m Dimensi bejana

Fungsi : untuk menghilangkan warna, bau, rasa air sungai Diameter : 5 meter

Panjang : 7.9 meter

Bahan konstruksi : carbon steel Jumlah : 1 buah

Susunan : arang, ijuk, pasir, filter

8. Bak Penampung Air Bersih (F-218)

Fungsi : menampung air bersih untuk didistribusikan ke proses selanjutnya. Rate aliran : 156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt ρair = 995,68 kg/m3 /j m 7171 . 482 kg/m 995,68 kg/j 7851 . 480631 volumetrik Rate = ₃ = 3

(70)

VIII-24 Utilitas

Volume air = 482.7171 m3/j x 8 jam = 3861.7 m3

Direncanakan bak berisi air 80 %, maka :

3 3 m 2 . 44827 0,8 m 7 . 861 3 bak Volume = =

Maka :

Volume bak penampung = P x L x T 4 X3 = 44827m3 X3 = 1206.8 m3 X = 10.67 m Maka : • Panjang = 2 x 10.67 m = 21.2 m • Lebar = 2 x 10.67 m = 21.2 m • Tinggi = 1 x 10.67 m = 10.6 m

Dimensi bak penampung air bersih

Fungsi : menampung air bersih untuk didistribusikan ke proses selanjutnya. Bentuk : persegi panjang

Ukuran : (10.6 x 21.2 x 21.2 ) m3 Bahan : beton bertulang

Jumlah : 1 buah 9. Pompa Air Bersih (L-219)

Fungsi : Mengalirkan air dari bak air bersih ke kation exchanger Type : centrifugal pump

(71)

Rate aliran =156373.36kg/j = 3447.40.7 lb/j =95.7 lb/dt Densitas (ρ) = 62,2 lb/ft3

OD = 14 in

Flow area = 138 in2 = 0.966 ft2

Menghitung kecepatan aliran fluida dalam pipa :

ft/menit 916 . 293 ft 966 . 0 /menit ft 92 . 283 A Q v ₂ 3 = = = = 4.89 ft/det

Perpipaan

L/D = 32 (Tabel 1 Peters and Timmerhouse hal 484) L = 3 x 32 x 1,75 = 168 ft /men ft 92 . 83 2 /j ft 17035 62,2 1059601 ρ m Q volumetrik Rate 3 3 = = = = =

(72)

VIII-26 Utilitas

Ltotal = 500 + 168 + 12,25 + 525 = 1205,25 ft

(73)

wp = -15 + 2.95 + 100 + 0.372 = 78.324 Hp = 0.673

Power motor 80% sehingga : Power motor = 8.4 hp

Dimensi pompa

Fungsi : mengalirkan air dari bak air bersih ke kation exchanger

Daya pompa : 1 hp

Jumlah : 1 buah

10. Kation Exchanger (D-210 A )

Fungsi : Menghilangkan ion-ion positif penyebab kesadahan air Resin yang digunakan adalah zeolit.

Direncanakan berbentuk silinder dengan : Kecepatan air = 5 gpm/ft2

Tinggi bed = 3 meter

min / 7 . 2123 /men ft 92 . 83 2 /j ft 17035 62,2 1059601 ρ m Q volumetrik Rate 3 3 gall = = = = = =

(74)

VIII-28 Utilitas 2 2 2 434,7015ft 40,3861m gpm/ft 5 gpm 5077 , 2173 bed penampang Luas = = =

Volume bed = luas x tinggi

= 40,3861 x 3 = 121,1583 m3 A = (1/4) x π x D2 121,1583 = (1/4) x π x D2 D2 = 154,2635 m2 D = 12,4203 m Direncanakan : H/D = 3, maka : H = 3 x 12,4203 = 37,2609 m Volume tangki = luas x tinggi

= 121,1583 + 37,2609 = 158,4192 m2 Asumsi : tiap 1 gall air mengandung 10 grain anion, maka : Kandungan anion dalam air = 130410,462 gall/j x 10 grain/gall = 1304104,62 grain/j

Dalam 121,1583 m3 H2Z dapat dihilangkan hardness sebanyak : 121,1583 x 7500 = 908687,25 gram = 908687,25 gram x (1/453,59 gr/lb) x 7000 grain/lb = 14023260,54 grain jam 7532 , 10 grain/j 62 , 1304104 grain 54 , 14023260 resin Umur = =

Setelah umur 10,7532 jam resin harus diregenerasi dengan asamsulfat atau asamklorida.

(75)

11. Anion Exchanger (D-210 B)

Fungsi : Menghilangkan ion-ion negatif penyebab kesadahan air Direncanakan anion exchanger dengan kapasitas 10000 gram/m3 resin Direncanakan berbentuk silinder dengan :

Kecepatan air = 5 gpm/ft2 Tinggi bed = 3 meter

2 2 2 434,7015ft 40,3861m gpm/ft 5 gpm 5077 , 2173 bed penampang Luas = = =

Volume bed = luas x tinggi

= 40,3861 x 3 = 121,1583 m3 A = (1/4) x π x D2 121,1583 = (1/4) x π x D2 D2 = 154,2635 m2 D = 12,4203 m Direncanakan : H/D = 3, maka : H = 3 x 12,4203 = 37,2609 m Volume tangki = luas x tinggi

= 121,1583 + 37,2609 = 158,4192 m2 min / 7 . 2123 /men ft 92 . 83 2 /j ft 17035 62,2 1059601 ρ m Q volumetrik Rate 3 3 gall = = = = = =

(76)

VIII-30 Utilitas

Asumsi : tiap 1 gall air mengandung 20 grain anion, maka : Kandungan anion dalam air = 130410,462 gall/j x 20 grain/gall = 2608209,24 grain/j

Dalam 121,1583 m3 DOH dapat dihilangkan hardness sebanyak : = 121,1583 x 10000 gr/m3 = 1211583 gram = 1211583 gram x (1/453,59 gr/lb) x 7000 grain/lb = 18722033,11 grain jam 1781 . 7 grain/j 24 , 2608209 grain 11 , 8722033 1 resin Umur = =

Setelah umur 7.1781 jam resin harus diregenerasi dengan sodiumkarbonat atau sodiumklorida.

Bahan konstruksi : carbon steel SA 240 Grade M type 316 12. Pompa ke dearator (L-222)

Fungsi : Mengalirkan air ke daerator Type : centrifugal pump

Rate aliran = 12076.14kg/jam = 26623.67 lb/jam = 7.39 lb/s Densitas (ρ) = 62,2 lb/ft3 Viskositas (µ) = 0,85 cp = 2,0562 lb/ft3.j = 0,0343 lb/ft.menit s / ft 0883 . 0 62,2 19782.41 ρ m Q volumetrik Rate = = = = 3

Standarisasi ID = 1.5 in sch 80 (table 11 Kern) ID = 1.5 in = 0,125 ft