LAMPIRAN A NERACA MASSA
Kapasitas Produksi : 15.000,00 ton/tahun
Basis Perhitungan : 1 Jam Operasi
Satuan Massa : Kilogram
Satu Tahun Operasi : 300 hari
Satu Hari Operasi : 24 Jam
Produksi Karbon Sulfida
=
15.000,00 ton 1 tahunx
1000 kg 1 ton
x
1 tahun 300 hari
x
1 hari 24 jam = 2.083,3333 kg/jam
Berdasarkan data produksi tersebut dan proses-proses yang berlangsung maka akan dibutuhkan data kapasitas bahan baku sebesar 2.612,9827 kg/jam.
Komposisi arang tempurung kelapa dapat dilihat pada tabel LA.1 dibawah ini Tabel LA.1 :Asumsi kadar arang tempurung kelapa
LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101)
F1Arang tempurngkelapa
BE 101
F1
Komponen Asumsi Kadar (%)
Karbon 76,32
Air 4,20
Abu 13,08
Nitrogen 0,11
Oksigen 6,29
Arang Tempurung Kelapa
Keterangan : Fin = Fout = F1
F1 = 2.612,9827 kg/jam
LA.2 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-101)
Arang tempurung kelapa F1
ArangTempurungKelapa F1
Keterangan : Fin = Fout = F1
F1 = 2.612,9827 kg/jam
LA.3 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-101)
Arang tempurung kelapa F1
F2 F3
Arang tempurung Arang tempurung kelapa kelapa reject
Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85%. Neraca Massa komponen :
Alur 1
F1Arang Tempurung = 0,7632 x 2.612,9827 = 1.994,228 kg/jam F1Air = 0,042 x 2.612,9827 = 109,745 kg/jam F1Abu = 0,1308 x 2.612,9827 = 341,778 kg/jam F1Nitrogen = 0,0011 x 2.612,9827 = 2,874 kg/jam
F1Oksigen = 0,0629x 2.612,9827 = 164,357 kg/jam
Alur 3
F3Karbon = 1.994,228 x 0,85 = 1.695,094 kg/jam F3Air = 109,745 x 0,85 = 93,283 kg/jam F3Abu = 341,778 x 0,85 = 290,511 kg/jam
F3Nitrogen = 2,874 x 0,85 = 2,443 kg/jam
F3Oksigen = 164,357 x 0,85 = 139,703 kg/jam
Alur 2 F2 = F1 – F3
F2Karbon = 1.994,228 - 1.695,094 = 299,134 kg/jam F2Air = 109,745 - 93,283 = 16,462 kg/jam F2Abu = 341,778 - 290,511 =51,267 kg/jam
F2Nitrogen = 2,874 - 2,443 = 0,431 kg/jam
F2Oksigen = 164,357 - 139,703 = 24,653 kg/jam
LA.4 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-101)
F3
Arang Tempurung Kelapa
BC-101
F3ArangTempurungKelapa
Keterangan : Fin = Fout = F3
F3total = 2221,035 kg/jam
LA.5 Kalsinasi ( RK-101 )
Air Volatile F4 F3F5
ArangTempurungKelapa Karbon, Abu
Asumsi : Efisiensi alat 100% dikarenakan semua bahan yang bersifat volatil teruap dengan sempurna, sehingga akan diperoleh karbon danabu pada alur 5 :
Neraca Massa Total : F3 = F4 + F5
Neraca Massa Komponen : Alur 3
F3Karbon = 1.695,094 kg/jam
F3Air = 93,283 kg/jam
F3Abu = 290,511 kg/jam
F3Nitrogen = 2,443 kg/jam F3Oksigen = 139,703 kg/jam Alur 4
F4Air = 93,283 x 100% = 93,283 kg/jam
F4Nitrogen = 2,443 x 100% = 2,443 kg/jam
F4Oksigen = 139,703 x 100% = 139,703 kg/jam
Alur 5 F5 = F3 – F4
F5Karbon = 1.985,605 - 0 = 1.985,605 kg/jam
F5Abu = 290,511 - 0 = 290,511 kg/jam
F5Air = 93,283 - 93,283 = 0
F5Nitrogen = 2,443 - 2,443 = 0
F5Oksigen = 139,703 - 139,703 = 0
LA.6 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-102)
F5 Karbon
Abu
BC-102
F5Karbon , Abu
Keterangan : Fin = Fout = F5
F5total = 1985.605 kg/jam
LA.7 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-102)
F6Sulfur
Ss - 102
F6Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F6 F6= 20,9038 kg/jam
LA.8 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-102)
Sulfur F6
FR-102
F6Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F6
F6 = 20,9038 kg/jam
LA.9 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-102) Sulfur
F6
F7 F8
Sulfur Reject Sulfur
Asumsi : Efisiensi alat pada Vibrating Screen adalah 85%
Neraca Massa total : F6 = F7 + F8
F6sulfur = 20,9038 kg/jam Alur 8
F8sulfur = 20,9038 x 0,85 = 17,7682 kg/jam Alur 7
F7 = F6 – F8
F7sulfur reject = 20,9038 – 17,7682 = 3,1356 kg/jam
LA.10 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-103)
F8 Sulfur
BC-103
F8Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F8
F8 total = 17,7682 kg/jam
LA.11 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-103)
F8 Sulfur
BE 103
F8 Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F8
F8 total = 17,7682 kg/jam
LA.12Reaktor (R-101)
Sulfur
F8
F5Karbon F9Abu
F10KarbonDisulfida
Asumsi : efisiensi alat 80% sehingga 20% debu masih terdapat di alur 9 Neraca Massa Total :
F5 + F8 = F10 + F9
Di dalam reaktor dilakukan penambahana sulfur agar dapat bereaksi menjadi CS2 dengan reaksi :
C + 2S CS2 dimana penambahan sulfur sebanyak 20% dari total bahan volatil, untuk menggantikan bahan yang sudah menguap tersebut ( air, , nitrogen, oksigen ).
Neraca Massa Komponen : Alur 5
F5karbon = 1.985,605 kg/jam F5debu = 290,511 kg/jam
Alur 8 :
Total bahan yang bersifat Volatil = 235,429 kg/jam F8sulfur = 0,2 x 235,429 = 47,0858kg/jam
Alur 9 :
F9debu = 0,8 x 290,511 = 232,4088 kg/jam
Alur 10 :
F10karbon disulfida = 1985,605+ 47,0858 = 2032,6908 kg/jam F10debu = 290,511 – 232,4088 = 58.1022 kg/jam LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101)
F12
CS2Abu
Abu F11
Asumsi : Efisiensi 98% sehingga debu sebagai residu masih terikat sebesar 2% pada produk (alur 12).
Neraca MassaTotal : F10 = F11 + F12
Neraca Massa Komponen : Alur 10
F10 karbon disulfida = 2.032,6908kg/jam F10 debu = 58.1022 kg/jam Alur 11
F11 debui = 58.1022 x 98% = 56,9401 kg/jam Alur 12
F12CS2 = F12CS2
F12karbon disulfida = 2.032,6908kg/jam
F12debu = 58.1022 – 56,9401 = 1,1621 kg/jam
LA.14 Cooler (CO-101)
Di dalam Cooler 1 karbon disulfida didinginkan suhunyadari suhu 900 0C sampai 500 oC
Karbon Disulfida karbon disulfida
F12 F13
Neraca Massa Total : F12 = F13
2.032,6908 kg/jam= 2.032,6908 kg/jam
LA.15 Condensor (CD-101)
Di dalam Condensor karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi 25 - 300C.
Karbon Disulfida karbon disulfida
Cooler
F14 F15 Neraca Massa Total : F14 = F15
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis Perhitungan : 1 Jam operasi
Temperatur Referensi : 25oC = 298,150K
Satuan : kj/jam
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Fasa Gas CpgT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
A B C d E
Nitrogen 29,41 -3,01.10-3 5,45.10-6 5,13.10-9 -4,25.10-12 Oksigen 29,88 -1,14.10-2 4,34.10-5 -3,70.10-8 1,01.10-11 Udara 28,94.10-3 0,415.10-5 0,319.10-8 -1,965.10-12 - CS2 3,3099.101 1,0617.10-2 2,7593.10-4 3,4217.10-7 1,3029.10-10 (Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.2Kapasitas Panas Fasa Liquid CplT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
a B C d E
H2O 1,82964.101 4,72118.10-1 -1,33878.10-3 1,31424.10-6 - CS2 1,7415.101 5,5453.10-1 1,7234.10-3 2,0757.10-6 - (Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.3Kapasitas panas solid CpsT0K = a + Bt
A B
C 2,673 0,00261
S 3,63 0,00640
Abu 0,1800 0,000078
Tabel LB.4Panas Laten (kj/mol) ∆HVL
H2O 40656,2
CS2 26334,4
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.5Entalpi Pembentukan (kj/mol) ∆H0
f
CS2 117,0683
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Perhitungan Kapasitas panas (Cp) :
Rumus yang digunakan adalah : A + BT + CT2 + DT3 +ET4 (Reklaitis, 1983) 1. Karbon
Pada 4000C = 673,150K
∫
298,15673,15����
= ∫��� 2,673 + 0,00261 (673,15 – 298,15) - 116900( 673,152 − 298,152 )
= 3,33080556 Kj/Kmol.K
2. Air, H2O
∫ ����
��� =∫
�18,2964
�� + 0,472118 (673,15 – 298,15) -
0,0013388
2 (673,15
2 –
298,152) + 1,3142 .10 −6
3 (673,15
3
– 298,153) = 73,5384115 Kj/Kmol.K
3. Abu
Cp = 0,18 + 0,000078 T = 0,18 + 0,000078 (673,15) = 0,2325057 Kj/Kmol.K
∫ ����
��� =∫
���29,4119
– 0,00300681 (673,15 – 298,15) +5,457. Karbon Disulfida (CS2)
∫ ����
��� = ∫��� 33,099 + 0,010617 (1173,15 – 298,15) - 0,00027593 = 0,23251 Kj/Kmol.KKeterangan :
T = Temperatur Operasi Tr = Temperatur Referensi
Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan kandungan arang tempurung kelapa yang bersifat volatil sehingga tersisa di dalam arang tempurung kelapa hanyalah karbon dan debu.
4000C
= 11,771 (3,330805561) = 39,20691 kj/jam Q3Abu = N3Abu
∫
����
303,15 298,15
= 2,0175 (0,2325057) = 0,46908 kj/jam
= 0,287 (73,53841147) = 21,105 kj/jam
Q3Nitrogen = N3Nitrogen
∫
����
673,15 298,15
= 0,0124642 (32,21757233) = 0,4015 kj/jam
= 0,5456 (117,0841911) = 63,88113 kj/jam
Q3 Total = 1250.6362 kJ/jam
= 141,2578333 (3,330805561) = 470,5023768 kj/jam
Q5Abu = N 5
Abu
∫
����
673,15 298,15
= 24,20925 (0,2325057) = 5,628788618 kj/jam Q5Total = 476,1311655 kj/jam
= 5,182388889 (73,53841147) = 381,1046465 kj/jam
Q4Nitrogen = N 4
Nitrogen
∫
����
673,15 298,15
= 0,1745 (32,21757233) = 5,621966371 kj/jam
Q4Oksigen = N 4
Oksigen
∫
����
673,15 298,15
= 8,7314375 (117,0841911) = 1022,313297 kj/jam Q4Total = 1409,03991 kj/jam Dengan demikian, Qkeluar = Q
5 total + Q
4
dQ / dT = Q keluar – Q masuk Qmasuk = Qkeluar
3493,37 + 1.250,6362 = 1718,838 + panas bahan keluar (500oC) Panas bahan keluar = 2915,21 kJ/jam
Massa CS2 yang digunakan : dQ/dT = m cp dt
2915,21 = m 70,04 (475) m = 0,0876 kg/jam
2. Reaktor ( R-101)
Fungsi : tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada temperatur 9000C dan tekanan 1 atm.
Sulfur 8
5000C9000C 9 Karbon Debu
5 Karbon ,Debu
10 Debu 9000C
A. Panas Masuk Alur 5
Alur 5 = 724,648 kj/jam Alur 8 panas masuk pada 300C
Panas keluar pada alur 8, Q8 =
∑
8�����������
(Reklaitis,1983)Q8Sulfur = N 8
sulfur
∫
����
303,15 298,15
= 3,091926 kj/jam Qmasuk = Q
5
+ Q8= 724,648 kj/jam + 3,091926 kj/jam = 727,739926 kj/jam
B. Panas Keluar Alur 9
Panas keluar pada alur 9, Q9 =
∑
9�����������
(Reklaitis,1983)Q9abu = N9abu
∫
����
1173 ,15 298,15
Q9Abu = N9Abu
∫
����
1173 ,15 298,15
= 19,3674 (0,2715057) = 5,25835949 kj/jam
C. Pansa Keluar Alur 10
Panas keluar pada alur 10, Q10 =
∑
10�����������
(Reklaitis,1983)Q10K.Disulfida = N10K.Disulfida
∫
����
1173 ,15 298,15
= 26,697454 (462,574) = 12349,54809 kj/jam
Q10Abu = N10Abu
∫
����
1173 ,15 298,15
= 4,84185 (0,2715057) = 1,31458987 kj/jam Qkeluar = Q
9 total + Q
10
total = 12350,86268 kj/jam Sehingga,
dQ / dT = Q keluar – Q masuk
= 12350,86268 Kj / jam – 727,739926 Kj / jan = 11623,12275 Kj / jam
Reaksi : C + 2S CS2
Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar :
dQ/dT = 11623,12275Kj/jam
= 11623,12275Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec = 3228,64 Kw
3. Cooler (CO-101)
Fungsi : Untuk menurunkan temperatur bahan dari 500 o C sampai temperatur 900C.
200C
Udara Pendingin
5000C 12KarbonDisulfida
Karbon Disulfida
900C 600C UdaraPendinginBekas
A. Panas Masuk Pada Alur 12
dQ / dT (13) = 3494,875 kj/jam
B. Panas Keluar pada alur 14
dQ / dT (15) = NKarbon Disulfida(l) ∫ ����
373,15 298,15
Massa BM N CpdT dQ/dT
CS2 1.742,180 76,138 22,88187239 42,46799815 971,7473142
Maka,
= 971,7473142 kJ/jam - 10585,550 Kj/jam = -9613,803 kJj/jam
Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14900C maka perlu digunakan udara pendingin. Temperatur udara pendingin yang digunakan 200C dengan Cp udara 0,0289 kJ/kg.K, 1 atm dan diasumsikan temperatur udara pendingin keluar 600C sebagai kondensat.Cp udara pada 600C adalah 0,0291 kj/kg.K.
Maka,
dQ/dT 12 = dQ/dT 13
3494,875 + (-0,145m) = 1309,046 + 1,0185m m = 1878,67 kg/jam
Jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah, m =1878,67 kg/jam
4. Condensor (CD-101)
Fungsi : untuk menurunkan temperatur produk dari 900C menjadi 250C dengan menggunakan air sebagai media pendingin.
20 oC Air Pendingin
900C CS2 14 Karbon Disulfida
500C 250C
CS2 A. Panas Masuk Pada Alur 13
dQ / dT (13) = 1309,046 kj/jam
B. Panas Keluar pada alur 14
Massa BM N CpdT dQ/dT
CS2 1.742,180 76,138 22,88187239 17,415 398,488
Maka,
dQ / dT = Qkeluar - Qmasuk
= 398,488 kJ/jam - 971,747 Kj/jam = -573,260 kj/jam
Agar temperatur pada CD-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14 900C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang digunakan 200C, 1 atm dan diasumsikan temperatur air pendingin keluar 500C sebagai kondensat.Cp air pada 500C adalah 22.874 kj/kg.K. Maka,
dQ/dT 13 = dQ/dT 14
1309,046 + (-86,7m) = 606,479 +571,85m m = 1,067 kg/jam
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT 1. Gudang bahan baku (G-101)
Fungsi :Menyimpan bahan baku arang tempurung kelapa, direncanakan untuk kebutuhan 7 hari.
Bahan konstruksi : Beton Bentuk : Persegi
Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30oC
Tekanan = 1 atm
Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam
Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari = 438.981,0936 kg
Densitas arang tempurung,ρ = 400,475 kg/m3 (Perry,1984) Volume arang tempurung, V
=
�ρ
=
438.981,0936 kg
400 ,475 kg /m 3 = 1.096,1510 m
3
Faktor kelonggaran (fk) = 20%
Volume gudang = (1+ 0,2) x 1.096,1510 m3 = 1.315,3812 m3
Gudang direncanakan beukuran p : l : t = 2 : 2 : 1 Volume gudang (V) = p x l x t
= 2t x 2t x t = 4t3
Tinggi gudang (t)
=
�
� 43
=
�
1.315,38124
3
= 6,9023 m Sehingga, panjang (p) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m
Lebar (l) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m
Kesimpulan perancangan :
Kebutuhan arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam Volume gudang = 1.315,3812 m3 Panjang gudang = 13,8047m
Lebar gudang = 13,8047m
Jumlah = 1 unit
2. Bucket Elevator (BE-101)
Fungsi : Mengangkut arang tempurung kelapa dari gudang penyimpanan ke Rooler Mill (FR-101)
Jenis : Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator Bahan : Malleable-iron
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :Temperatur (T) = 300C Tekanan (P) = 1 atm Laju bahan yang diangkut = 2.612,9827 kg/jam
Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator = (1 + 0,12) x 2.612,9827 kg/jam
= 2.926,5406 kg/jam
Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :
o Tinggi elevator = 25 ft = 7,62 m
o Ukuran bucket = (6 x 4 x41/4) in
o Arang Tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m
o Kecepatan Bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s
o Kecepatan Putaran = 43 rpm
o Lebar belt : 7 in = 0,1778 m =17,78 cm
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
P = 0,07 m0,63∆Z ( Timmerhaus,2004)
Dimana: P = daya (kW)
m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) m = 2.894,9601 kg/jam = 0,7258 kg/s
P = 0,07 x (0,7258)0,63 x 7,62 = 0,4358 kW x 1,341 ℎ�
1 �� = 0,5845 hp Kesimpulan perancangan :
Kebutuhan = 2.612,9827 kg/jam Daya motor = 0,5845hp
Jumlah = 1 unit 3. Rooler Mill (FR-101)
Fungsi : Memperkecil ukuran arang tempurung kelapadarigudang penyimpanan (G-101) sebelum ke unitRotary Kiln (RK-101). Jenis : Double Toothed-Roll Crusher
Bahan Konstruksi : Stainless Steel
Kondisi Operasi : Temperatur (T) : 300C Tekanan (P) : 1 atm
Laju arang tempurung = 2.612,9827 kg/jam Faktor kelonggaran, fk = 20%
Kapasitas = (1 + 0,2) x 2.612,9827 kg/jam
= 3.135,5792 kg/jam= 3.1355 ton/jam Spesifikasinya Roller Milladalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) : • Diameter ukuran roll : 15,75 in = 1,31 ft • Face ukuran roll : 24,0 inch = 2 ft
• Berat balls : 2,4 lb = 1,09 kg • Kecepatan roll : 200 rpm • Kapasitas : 3-15 ton/jam • Daya motor yang digunakan : 5 Hp
Kecepatan kritis =
�
76,6 ��
1/2
=
�
76,60,25
�
1/2=
17,5043 rpmDaya pada skala laboratorium (Ne) = 22,26Hp (Perry, 1999) Diambil efisiensi = 70%
Kecepatan Mill (k) = Nm x D x 2,2046 x 10-3
= 200 rpm x 1,31 x 2,2046 x 10-3
Daya penghancur (P) = (0,7 x l – 1) x k x (0,5D)2 x 22,26
= (0,7 x 2 – 1) x 0,578 x (0,5 x 0,25)2 x22,26
= 0,0303 kW x 1,341
= 0,0406 Hp Kesimpulan perancangan :
Kapasitas : 2.612,9827kg/jam Daya motor : 5 Hp
Jumlah : 1 Unit 4. Vibrating Screen (SS-101)
Fungsi : Memisahkan arang tempurung kelapa dari ukuranbesarmenjadi ukuran 20 mess
Jenis : Vibrating Screen Bahan Konstruksi : Stainless Steel
Jumlah : 1 unit Temperatur : 30 oC Tekanan : 1 atm
Laju umpan (F) : 2.612,9827 kg/jam
Faktor kelonggaran,fk = 20% (Perry,1999) Kapasitas vibrating screen = ( 1 + fk ) x F
= ( 1 + 0,2 ) x 2.612,9827 kg/jam = 3.135,5792 kg/jam
Ayakan yang dipilih : (Perry,1999)
•No ayakan = 18 (1,00 mm) •Bukan ayakan = 1 mm = 0,0394 in •Diameter wire = 0,580 mm = 0,0228 in •Tyler equivalent = 16 mesh
Menghitung faktor bukaan-area (Foa), Foa = 100 a2.m2 Dimana : a = bukaan ayakan = 0,0394 in
d = diameter wire = 0,0228 in m = 1
�+� ,
Foa = 100 a2
.
�
1 �+��
= 100 (0,0394)2.
�
1(0,0394)+(0,0228 )
�
2= 40,125 %
Perhitungan luas screen (A), A
=
0,4�� �� .�����Dimana : Ct = laju bahan yang lewat = 2.612,9827kg/jam = 2.221,0352 ton/jam Cu = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft2 (Perry,1999)
Foa = faktor bukaan-area = 0,4012
Fs = faktor slotted area = 1,5 (Perry,1999)
A
=
0,4.(2,4606��� ℎ )
(0,32���ℎ .��2)(0,4012)(1,5) = 5,1107 ft 2
Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan : Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L
A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L2 L =
�
�1,5
�
1/2= 1,8458 ft = 0,5626 m P = 1,5 (0,5626 m) = 0,8439 m
Untuk kapasitas 2,6129ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985) Kecepatan getaran : 3600 vibrasi/menit
Daya : 4 hp
Kesimpulan perancangan : Kapasitas : 2.612,9827kg/jam Luas screen : 7,0206 ft2
Panjang : 0,8439 m Lebar : 0,5626 m Jumlah : 1 unit 5. Belt Conveyor (BC-101)
Fungsi : Mengangkut arang tempurung kelapa dari vibratingscreen menuju rotary kiln
Jenis : Horizontal Belt Conveyor Material : Commercial Steel Temperature : 30 oC
Laju bahan yang diangkat = 2.221,0352 kg/jam Faktor kelonggaran = 30%
(Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 2.221,0352 kg/jam
= 2.287,6662 kg/jam
= 2,2876 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
• Lebar belt = 14 in = 35 cm • Luas area = 0,11 ft2 = 0,010 m2 • Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit
• Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit = 91 m/menit • Belt plies minimum = 3
• Belt plies maksimum = 5
• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit • Daya motor yang digunakan = 0,30 Hp
Perhitungan power yang dibutuhkan :
Hp = TPH [(H 0,0020) + (V 0,001)] C (Perry 3rded.p.13-55) Keterangan : TPH = Kapasitas, ton/jam
H = jarak horizontal, ft V = jarak vertical, ft
C = faktor bahan yang diangkut = 2 (Perry 3rded.p.13-56) Jadi Hp = 2.221 [(20 sin20 (0,001))+(20 cos 20 (0,002))] 2
= 2.221 [0,006+0,038] 2 = 0,30 hp
Kesimpulan perancangan :
Kapasitas = 2.221,0352 kg/jam Lebar belt = 14 inc
Kecepatan = 30,5 m/menitL Kemiringan = 20o
Fungsi : Untuk memanaskan arang tempurung dan menguapkan gas-gas volatil yang terdapat dalam arang tempurung kelapa dengan pemanas hingga temperatur 4000C.
Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln
Jumlah : 1 unit
Temperatur : 400 oC Tekanan : 1 atm
Laju bahan masuk = 2.221,0352 kg/jam Laju bahan keluar (produk) = 1985,606 kg/jam Zat volatile yang diuapkan = 235,430 kg/jam Suhu Feed = 30 oC
Suhu Produk = 400 oC
A. Perancangan Dimensi Rotary Kiln dan Bahan Konstruksinya
a. Mencari diameter rotary kiln
2
= 2.221,0352kg/jam = 4.442,0704 lb/jam G : laju flue gas untuk rotary kiln b. Menghitung volume Bahan
Densitas bahan = 400,475 kg/m3 = 25,00lb/ft3 Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit =0,5 jam
Berat bahan = 4.442,0704 lb/jam x 0,5 jam = 2.221,0352 lb
c. Menghitung volume selinder
Volume bahan dari rotary kiln = 3% - 12% dari volume rotary kiln (ulrich, tabel 4-10 hal 132), maka didapat :
Volume bahan = 3% volume rotary kiln
4,24 m3 = 3% volume rotary kiln Volume rotary kiln = 141,33 m3 = 4.991,54 ft3
d. Menghitung panjang rotary kiln V = (�/4) D2 L
e. Mencari tebal rotary kiln
Shell dari rotary kiln terbuat dari High Alloy Steel SA-240 Grade O type 405 stress allwable 14,700 psi (Brownel, hal 343), sedangkan untuk lasnya menggunakan double welded but joint 0,8 (Hesse, hal 84)
C = faktor koresi = 1/16 Tensile stress yang diizinkan dengan rumus : S = Su x fm x fr x fa x fs Rotary kiln bekerja pada = 14,7 psi
ρ steel = 489 lb/ft3
Phidrostatik =
maka, diameter luar shell : do = di + 2ts
= 58,44 + 2(0,65) = 59,74 inch = 4,98 ft f. Menentukan kecepatan rotary kiln
V = peripheral speed (ft/menit) D = diameter luar rotary kiln = 4,98 ft
Dari perry’s ed 7 hal 12-56, diketahui kecepatan periphetal rotary kiln (30-150) ft/menit diambil V = 95 ft/menit
=
4,98 x 14 , 3
95
N = 6,08 = 6 rpm
N x D = 6,08 x 4,98 = 30,25
Kesimpulan perancangan :
Jenis : Single Shell Direct Heat Rotary Kiln Bahan konstruksi : High Aloy Steel SA 240 Grade O type 405
Jumlah : 1 unit
Temperatur : 400 oC Tekanan : 1 atm
Laju bahan yang diangkut : 2.221,0352 kg/jam Laju bahan keluar (produk) : 1985,606 Zat volatile yang diuapkan : 235,430 Suhu Feed : 30 oC Suhu Produk : 400 oC Waktu tinggal : 30 menit Kemiringan : 1o
Diameter : 3,76 ft = 1,48m Panjang : 268,10 ft = 81,72 m
Tebal : 0,65 inch
Kecepatan putaran ; 6 rpm
7. Belt Conveyor (BC-102)
Fungsi : Mengangkut serbuk karbon dari Rotary Kiln menuju reaktor (R101)
Material : Commercial Steel Temperature : 30 oC
Tekanan : 1 atm
Laju bahan yang diangkat = 1.985,605 kg/jam
Faktor kelonggaran = 30% (Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = (1+0,3) x 1.985,605 kg/jam
= 2.581,2865 kg/jam
= 2,5813 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
• Lebar belt = 14 in = 35 cm • Luas area = 0,11 ft2 = 0,010 m2 • Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit
• Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit = 91 m/menit • Belt plies minimum = 3
• Belt plies maksimum = 5
• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit Daya motor yang digunakan = 0,30 Hp
8. Reaktor (R-101)
Fungsi : Mereaksikan karbon dengan sulfurmenggunakan pemanas listrik temperatur mencapai 9000C sehingga terbentuk karbon disulfida
Jenis : Selinder tegak dengan tutup atas berbentuk standar dishead dan tutup bawah berbentuk conical
Jumlah : 1 unit
Temperatur : 900 oC Tekanan : 1 atm
Laju bahan serbuk karbon = 1.985,605 kg/jam Laju bahan belerang = 20,904 kg/jam
= 2.006,509 kg/jam
Densitas arang tempurung, � = 400,475 kg/m3 (Perry, 1984) Densitas belerang, � = 961,14 kg/m3 (Perry, 1984)
Densitas campuran, :
��
=
1.985 ,6052.006,509400 ,475 + 20,904 961 ,14
=
2.006,5094,9581+0,0217 = 404,714 kg/m 3
Volume = 2.006,509 ��/���
404,714 ��/�3 = 4,95 m 3
Menghitung P design :
Phidrolisis =
a. Diameter dalam reaktor :
Perbandingan diameter : tinggi silinder = 1 : 1, h = D(Mauror Germany,1978)
Volume = �
Temperatur operasi = 9000C Temperatur luar = 250C
∆T = 9000C – 250C = 8750C
c. Menentukan tinggi selinder Ls = 2di
= 2(2,133 m) = 4,266 m
d. Menentukan tebal tanki ts = ��.��
2(�.�−0,6��)+C
= 14,98 ��� � 83,976 ���
2(13800�0,8)−(0,6�14,98)+1/16
= 1257 ,96
22071 ,012+1/16 = 0,0570 + 1/16 = 0,1195 inc
e. Menentukan kebutuhan listrik pada reaktor dQ / dT = Q keluar – Q masuk
= 10591,13752 Kj / jam – 479,2239968 Kj / jan = 10111,91352 Kj / jam
Reaksi : C + 2S CS2
Agar temperatur pada R-102 menjadi 9000C maka perlu digunakan energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101) sebanding dengan dQ/dT. Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar :
dQ/dT = 10111,91352 Kj/jam
= 10111,91352 Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec = 2808,86 kW
9. Blower (BL-101)
Jumlah : 1 unit
Kondisi Proses : T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa : 1.785,757 kg/jam
Densitas karbon disulfide, : 19,064 kg/m3
Kapasitas blower = ���� ���� �����
�
=
1.785,757 kg /jam 19,064 kg /m 3 = 93,67 m3/jam Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef : 100%
Fungsi : Memisahkan debu dari karbon disulfida Bahan Kontruksi : Stainless Steel, SA-316 grade C
Jenis Sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Digunakn cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut (Gambar 10.45, Sinnott, 1983):
• Dc = Diameter Cyclone = 0,09 m • DE = Diameter gas outlet = 0,75 Dc • Hc = Tinggi lubang inlet = 0,875 Dc • Bc = Diameter lubang inlet = 0,75 Dc x 0,375 Dc
• Ukuran maks, umpan = 300 µm – 5 µm (Tabel 19-8, Perry, 1999) • Lebar diameter maks = 0,01 – 1,2 m (Tabel 19-8, Perry, 1999)
• Kapasitas = 2 m3/menit (Tabel 19-8, Perry, 1999) • Daya yang digunakan = 35 – 400 kN/m2 atau 7,5 Hp (Sianturi, 1977) Perhitungan besarnya Dc :
Laju alir =93,67
3600 = 0,0260 m 3
/s (Sinnott, 1983)
Bentuk cyclone mempunyai laju alir masuk antara 9 m/s hingga 27 m/s, dimana asumsi laju alir masuk optimum didapat pada laju alir 9 m/s.
Luas aliran msuk (A1) pada 9 m/s =
0,0260
9 = 0,0028 m 2
Dari gambar 10.45 (b) pada Sinnott, 1983, nilai Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc Maka luas aliran masuk,
0,0028 m2 = 0,75 Dc x 0,375 Dc 0,0028 m2= 0,28125 Dc2
Dc = 0,0099 m Sehingga didapat harga :
• Lc = 1,5 Dc = 1,5 x (0,0099) = 0,014 m • Zc = 2,5 Dc = 2,5 x (0,0099) = 0,024 m • Jc = 0,375 Dc = 0,375 x (0,0,0099) = 0,00585 m
• DE = 0,75 Dc = 0,75 x (0,0,0099) = 0,00742 m • Hc = 0,875 Dc = 0,875 x (0,0,0099) = 0,00866 m
• Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc = 0,75 x (0,0099) x 0,375 x (0,0099) = 0,000027565 m2
11. Blower (BL-102)
Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon (FG-101) menujurotary kiln
Kondisi Proses : T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa : 0,0876kg/jam
Densitas karbon disulfida, : 19,064 kg/m3
Kapasitas blower = ���� ���� �����
�
=
0,0876 ��/��� 19,064 ��/�3 = 0,00460 m3/jam
Daya blower yang dibutuhkan Efisiensi, Ef : 100%
12. Blower (BL-103)
Fungsi : Mengalirkan gas karbon disulfida dari rotary kilnmenuju cooler
Jumlah : 1 unit
Kondisi Proses : T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar Laju alir massa : 1.743,052 kg/jam
Densitas karbon disulfida, : 19,064 kg/m3
Kapasitas blower = ���� ���� �����
�
=
1.743,052 ��/��� 19,064 ��/�3 = 91,431 m3/jam
13. Cooler (CO-101)
Fungsi : Untuk menurunkan temperatur gas karbon disulfida dari 500 oC menjadi 90 oC
Jenis : 1-2 Shell & tube exchanger Jumlah : 1 unit
Temperatur : 900C Tekanan : 1 atm
Tube :
- Diameter dalam, ID : 0,902 in = 0,0751 ft - Diameter luar, OD : 1 in = 0,083 ft
- BWG : 18
- Pitch (triangular), Pt : 11/4 in
- Passes, n : 2
- Panjang, L : 15 ft
Kapasitas panas, Q = 1130,130 kJ/jam = 1071,153 Btu/jam Fluida panas :
a. Laju alir fluida masuk, F = 1.742,180 kg/jam = 3.484,36 lbm/jam b. Temperatur masuk, T1 = 500
0
C = 9320F c. Temperatur keluar, T2 = 900C = 1940F Fluida dingin :
- Laju alir fluida masuk, F = 971,319 kg/jam = 2.141,392 lbm/jam - Temperatur masuk, t1 = 20
0
C = 680F - Temperatur keluar, t2 = 60
0
C = 1400F
LMTD = ∆�2−∆�1 ln∆�∆�2
1
=
(T1−t2)−(�2−�1) ��((��12−�−�2)1)=
(932−140)−(194−68) ��(932(194−−140 )68)
= 666
��792126 = 362,29 0
F
R = �1−�2
a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), cooler untuk fluida panas gases dan fluida dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft
20
F, faktor pengotor (Rd)= 0,003. Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A = �
b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah tube 118 dengan ID shell 171/4 in.
c. Koreksi UD
A = L x Nt x a1
= 450,6527 ft2
Fluida Panas – Shell Side
1. Flow area shell, As ;
3. Bilangan Reynold, Res ;
Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 178,70F : 5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 178,70F
Spesifik heat, C = 0,24 Btu/lbm0F (Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)
�
�.�6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
ho = jH x � Fluida Dingin – Tube Side
8. Flow area tube, At ; 10. Bilangan Reynold, Ret ;
Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 1130F: Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft
Viscositas,
�
= 0,62 Cp11. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 993,1868 diperolehjH = 5,8
12. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 1130F
�
�.�13. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
ho = jH x �
14. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;
Uc = ℎ�� �ℎ�
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima Pressure Drop – Shell Side
16. Pada Res = 73073,685 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0013 17. perubahan tekanan , ∆� ;
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima. Pressure Drop – Tube Side
18. Perubahan tekanan, ∆Pt ;
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diteima. 14. Kondensor (CD-101)
Fungsi : Menurunkan temperatur serta mengubah fase karbon disulfida menjadi cair dengan temperature 900C menjadi 250C
Jenis : 1-2 Shell & tube exchanger Jumlah : 1 unit
Temperatur : 25 0C Tekanan : 1 atm
Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan tabel 10, hal 841-843 (Kern,1965) Tube :
Kapasitas panas, Q = 702,567 kj/jam = 665,902 Btu/jam Fluida Panas :
Laju alir fluida masuk, F = 2.651,515 kg/jam = 5.845,590 lbm/jam Tempeatur masuk, T1= 90
0
Tempeatur keluar, T2 = 25 0
C = 77 0F Fluida dingin :
Laju alir fluida masuk, F = 1067 kg/jam = 2.352,33 lbm/jam
a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), condensor untuk fluida panas gases dan fluida dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft
20
F, faktor pengotor (Rd)= 0,003. Diambil UD = 50 Btu/jam ft
20 F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A = � UD x ∆t
=
665,902 ���/��� 50���
= 73,26 ft2
b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 30 tube dengan ID shell 8 in.
Fluida Panas – Shell Side
Res = ��� ��
5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 775,80F
Spesifik heat, C = 0,26 Btu/lbm0F (Fig.3 hal. 805 Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,0288 Btu/jam.ft 0F (App.2-6. Geankoplis)
�
��.��
1/3=
�
6. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ;
hi = jH x
�
�.�Fluida Dingin – Tube Side
Viscositas,
�
= 0,21 Cp4. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 262478,2583 diperoleh jH = 500
5. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 2210F
Spesifik heat, C = 0,45 Btu/lb0F (Kern, 1965) Konduktifitas thermal, k = 0,376 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)
�
��.��
1/3=
�
0.456. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
ho = jH x � 7. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;
Uc = ℎ�� � ℎ�
Pressure Drop – Shell Side
N + 1 = 12 (L/B) = 12
�
15Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima.
Pressure Drop – Tube Side
11. Pada Ret = 9233,614 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f= 0,0003 12.Perubahan tekanan, ∆Pt ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12
�
15(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965) ∆Pt = �.��2 .� .�
(Pers. 7.53 Kern, 1965)
= 0,0003 � (77149 ,275)2 �15�2
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Condensor dapat diteima.
Fungsi : Mengalirkan Karbon disulfida cair dari kondensor (CD-101) ke storage tank
Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit
Bahan kontruksi : Commersial steel Temperatur : 250C
Tekanan : 1 atm
Laju alir massa, F = 2.651,515 kg/jam = 1,62 lbm/s
Densitas,
�
= 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3 = 25,056 lbm/ft3Laju alir volumetric, Q
=
��
=
1,62 ���/�
25,056 ���/��3 = 0,0647 ft 3
/ s
Perencanaan Pompa
a. Diameter pipa pompa, De : Di,opt = 0,363 x Q0,45 x
�
0,13
(Timmerhaus, 2004) = 0,363 x (0,0647)0,45 x (25,056)0,13
= 0,16 ft = 1,92 inc
Dipilih material pipa commercial steel 2 in sch 40 (Ken, 1965), maka Diameter dalam (ID) = 2,067 in = 0,1723 ft
Diameter luar (OD) = 2,38 in = 0,1983 ft
Luas penampang pipa (Ai) = 0,0233 ft2 (inside sectional area) b. Pengecekan Bilangan Reynold, NRe
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
v = �
�
=
0,0647 ��3/�
0,0233 ��2 = 2,78 ft/s sehingga :
Bilangan Reynold, NRe= � .� . ��
�
=
25,056 � 2,78 � 0,1723 0,0532
= 225,631
f = 16/225,631 = 0,0709 (Geankoplis, 1979)
c. Panjang ekivalen total perpipaan (∑L) Instalasi pipa :
- Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft
- 2 buah gate valve fully open ; L/D = 13 (Foust, 1980) L2 = 3 x 15 x 0,2557 = 6,65 ft
- 3 buah elbow standar 900C (L/D =30) (Foust, 1980) L3 = 3 x 30 x 0,2557 = 23,01 ft
- 1 buah sharp edge entrance (K = 0,5 ; L/D = 16) (Foust, 1980) L4 = 1 x 16 x 0,2557 = 4,09 ft
- 1 buah sharp edge exit (K = 1 ; L/D = 36) (Foust, 1980) L5 = 1 x 36 x 0,2557 = 9,21 ft
Maka,
∑L = L1 + L2 + L3 + L4+ L5
= 30 + 6,65 + 23,01 + 4,09 + 9,21 = 72,96 ft
d. Menentukan friksi, ∑F :
∑F = 4 �.�2 ∑�
2.�� .�
=
4�0,0709�(2,78)^2 � 72,96 �� 2�32,174 ���.�����.�2 � 0,1723 ��
(Geankoplis, 1983)
= 159,912 ��3/�2 11,0872���.��2
���.�2
= 14,4234 ft.lbf / lbm
e. Kerja yang diperlukan, -Wf :
�2 2 −�
2 1
2.��
+
� (�2−�1) ��
+
�2−�1
� + ∑F + Wf = 0 (Geankoplis, 1983)
Bila : Wf = 0
Z1 = 0 ;Z2 = 3 ft
v1 = 0 ;v2 = 2,0386 ft/s P1 = 1 atm = 14,696 lbf/in
2
Maka : 2,18532−0
2 � 32,174
+
32,174 (3−0) 32,174
+
2117 ,92−�1
25,056 + 14,4234 + 0 = 0
0,0742 + 3 + 14,4234 + 2117 ,92−�1 25,056 = 0 P1 = 2.556,34 lbf/ft
2
= 2.556,34 lbf/ft2 x 1 ��2
144 ��2 = 17,7524 lbf/in 2
Sehingga,
-Wf = 2.556,34 −2.117,92
25,056 + 87,3684 + 3 + 14,4234 = 122,289 ft.lbf/lbm
f. Daya pompa, Ws :
Ws = −��.�.� 550
=
122,289 �����
���� 0,0647�� 3
� � 25,056 ���/��3
550 ��.���� .ℎ�
= 0,36 hp
Untuk efisiensi alat 80%, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan = 0,36
0,8 = 0,45 hp (Geankoplis, 1983)
Maka dipilih pompa yang berdaya motor ½ hp
16. Storage Tank (T-101)
Fungsi : Untuk menyimpan karbon disulfida
Bentuk : Silinder Vertikal dengan dasar datar dan tutup ellipsoidal Bahan Kontruksi : Carbon steel C-SA-316
Jumlah : 2 unit Temperatur : 25 0C Tekanan : 1 atm
Kebutuhan perancangan = 7 hari = 168 jam Faktor kelonggaran = 20 %
Densitas, (
�
) = 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3Direncanakan jumlah storage tank sebanyak 2 unit, sehingga volume masing-masing tangki = 667,386 m3
b. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan perbandingan diameter dengan silinder tangki D:H = 3 : 2 Volume shell tangki (Vs) :
Vs = 1
Tutup tangki ellipsoidal dengan rasio axis terhadap minor = 2 :1
Tinggi head, Hd = 1/6 x D (Brownell dan Young, 1959) Sehingga desain tangki yang digunakan :
-Diameter tangki = 10,07 m = 396,457 in -Tinggi silinder, Hs = 3
2 x D = 1,5 x 10,07 m = 15,11 m -Tinggi tutup ellipsoidal, Hh = 1
6 x D = 0,17 x 10,07 m = 1,71 m -Jadi tinggi tangki, HT = Hs + Hh = 15,11 m + 1,71 m
c. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki, Hc = �����
��
=
1112 ,31 �3 � 16,82 � 667,386 �3 = 28,08 m = 1105,51 in
d. Tekanan desain, P :
Tekanan hidrostatis = � (��−1)
144 + P0(Pers. 3.17 Brownell & Young, 1959)
=
0,0145�����
3(1105 ,51 ��� −1)
144 + 14,7 Psi = 14,81 psi
Jika faktor keamanan = 10 % = 0,1
PDesain = (1 + 0,1) x 14,81 psi = 16,29 psi
e. Tebal dinding tangki (bagian silinder), d :
Faktor korosi (C) = 0,0042 in/thn (Chuse & Eber, 1954) Allowable working stress (S)= 16.250 lb/in2 (Brownell,1959)
Efisiensi sambungan (E) = 0,85 Umur alat (A) direncanakan = 10 tahun
Tebal silinder (d) = ���
�.�−0,6� + (C x A) (Timmerhaus,2004) Dimana : d = tebal tangki bagian silinder (in)
P = tekanan desain (psi)
R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan
E = efisiensi sambungan
d = 16,29 � 198,23
(16250 � 0,85)−0,6 � 16,29 + (0,0042 x 10)
= 3229,167 ���.�� 13812 ,5��
��2−9,77 ���
+ 0,042 in = 0,28 inc
f. Tebal dinding head (tutup tangki), dh :
Faktor korosi (C) = 0,0042 in/thn (Chuse & eber,1954)
Efisiensi sambungan (E) = 0,85 Umur alat (A) direncanakan = 10 tahun
Tebal head (dh)
=
����2�.�−0,2� + (C x A) (Timmerhaus,2004) Dimana :dh = tebal dinding head (in)
Di = diameter tangki (in)
R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan
E = efisiensi sambungan
d = 16,29 � 396,457
2(16250 � 0,85)−(0,2 � 16,29) + (0,0042 x 10)
= 6458 ,285 ���.��
27621 ,74��� + 0,042 in = 0,28 in Maka dipilih tebal silinder = ½ in
17. Gudang bahan baku (G-102)
Fungsi : Menyimpan bahan baku belerang, direncanakan untuk kebutuhan 7 hari
Bentuk : Persegi Bahan konstruksi : Beton
Jumlah : 1 Unit Temperatur : 30 oC Tekanan : 1 atm
Kebutuhan belerang = 20,904 kg/jam
Kebutuhan belerang = 20,904 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari
= 3.511,872 kg
Densitas beleang, � = 125 lb/ft3 = 2002,2262 kg/m3 (Perry, 1984) Volume belerang, V = �
�
=
3.511,872 ��
2002 ,2262 ��/�3 = 1.753 m 3
Faktor kelonggaran (fk) = 20%
Volume gudang (V) = p x l x t = 2t x 2t x t = 4t3
Tinggi gudang (t) =
�
� 43
=
�
2.1036 43
= 0,725 m
Sehingga panjang (P) = 2 x 0,725 = 1,45 m Lebar (l) = 2 x 0,725 = 1,45 m
18. Bucket Elevator (BE-102)
Fungsi : Mengangkut belerang dari gudang penyimpanan ke Rooler Mill (FR-102)
Bentuk : Spaced-Bucket Centrifugal Discharge Elevator
Bahan Kontruksi : Malleable-iron Jumlah : 1 unit Laju Alir : 20,904 kg/jam Temperatur : 30 oC Tekanan : 1 atm
Laju bahan yang diangkut = 20,904 kg/jam
Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator = 1,12 x 20,904 kg/jam =23,412 kg/jam
Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :
- Tinggi elevator = 25 ft =7,62 m - Ukuran bucket = (6 x 4 x 41/4 ) in - Arang tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m
- Kecepatan bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s - Kecepatan putaran = 43 rpm
- Lebar belt = 7 in = 0,1778 m = 17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
P = 0,07 m0,63 ∆Z (Timmerhaus, 2004)
Dimana : P = daya (kW)
∆Z = tinggi elevator (m) m = 20,904 kg/jam = 0,0234 kg/s
∆Z = 25 ft = 7,62 m Maka :
P = 0,07 x (0,0234)0,63 x 7,62
= 0,050 kW x 1,341 ℎ�
1 �� = 0,067 hp
19. Roller Mill (FR-102)
Fungsi : Memperkecil ukuran belerang dari gudang penyimpanan (G-102) sebelum ke unit Reaktor (R-101).
Jenis : Double Toothed-Roll Crusher Bahan Konstruksi : Stainless Steel
Kondisi operasi : Temperatur (T) = 300C Tekanan (P) =1 atm Laju belerang = 20,904 kg/jam
Faktor kelonggaran, fk = 1,2 x 20,904 kg/jam = 25,0848 kg/jam
= 0,25 ton/jam
Untuk Roller Mill kapasitas < 4 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) :
• Diameter ukuran roll : 3 in = 0,25 ft • Face ukuran roll : 24 in = 2 ft • Berat balls : 2,4 lb = 1,09 kg • Kecepatan roll : 39,8 rpm • Kapasitas : 4 ton/jam • Daya motor yang digunakan : 5 Hp
Kecepatan kritis =
�
76,6 ��
1/2
=
�
76,60,25
�
1/2=
17,5043 rpmDaya pada skala laboratorium (Ne) = 22,26Hp (Perry, 1999) Diambil efisiensi = 70%
Kecepatan Mill (k) = Nm x D x 2,2046 x 10-3
Daya penghancur (P) = (0,7 x l – 1) x k x (0,5D)2 x 22,26
= (0,7 x 2 – 1) x 0,0219 x (0,5 x 0,25)2 x22,26 = 0,0011 kW = 0,0015 Hp
20. Vibrating Screen (SS-102)
Fungsi : Menyaring belerang besarmenjadi ukuran 20 mess Jenis : Vibrating Screen
Bahan Konstruksi : Stainless Steel Jumlah : 1 unit Kapasitas : 84,3089 kg/jam Temperature : 30 oC Tekanan : 1 atm
Laju umpan (F) : 20,904 kg/jam
Faktor kelonggaran,fk = 20% (Perry,1999) Kapasitas vibrating screen = ( 1 + fk ) x F
= ( 1 + 0,2 ) x 20,904 kg/jam
= 25.0848 kg/jam
Ayakan yang dipilih : (Perry,1999)
• No ayakan = 18 (1,00 mm) • Bukan ayakan = 1 mm = 0,0394 in
• Diameter wire = 0,580 mm = 0,0228 in • Tyler equivalent = 16 mesh
Menghitung faktor bukaan-area (Foa), Foa = 100 a2.m2 Dimana : a = bukaan ayakan = 0,0394 in d = diameter wire = 0,0228 in
m = 1
�+� , Foa = 100 a 2
.
�
1 �+��
2
= 100 (0,0394)2.
�
1(0,0394)+(0,0228 )
�
2= 40,125 %
Dimana : Ct = laju bahan yang lewat = 17,768 kg/jam = 0,0717 ton/jam Cu = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft2 (Perry,1999) Foa = faktor bukaan-area = 0,4012
Fs = faktor slotted area = 1,5 (Perry,1999)
A
=
0,4.(0,0717���ℎ )
(0,32���ℎ .��2)(0,4012 )(1,5) = 0,0539 ft 2
Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan : Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L
A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L2 L =
�
�1,5
�
1/2
= 0,1896 ft = 0,0578 m P = 1,5 (0,0578 m) = 0,0867m
Untuk kapasitas 0,0717 ton/h, dipilih spesifikasi (Mc.Cabe, 1985) Kecepatan getaran : 3600 vibrasi/menit
Daya : 4 hp
21. Belt Conveyor (BC-103)
Fungsi : Mentransfer belerang ke bucket elevator (BE-103) Jenis : Horizontal Belt Conveyor
Material : Commercial Steel Temperature : 30 oC
Tekanan : 1 atm
Laju bahan yang diangkat = 17,768 kg/jam
Faktor kelonggaran = 30% (Class – D27 – Phosphate Rock) (Tabel 21-5, Perry, 1999) Kapasitas belt conveyor = 1,3 x 17,768 kg/jam = 23.0984 kg/jam
= 0,0239 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
• Lebar belt = 14 in = 35 cm • Luas area = 0,11 ft2 = 0,010 m2 • Kecepatan belt normal = 200 ft/menit = 61 m/menit
• Belt plies minimum = 3 • Belt plies maksimum = 5
• Kecepatan belt = 100 ft/menit = 30,5 m/menit • Daya motor yang digunakan = 0,44 Hp
22. Bucket Elevator (BE-103)
Fungsi : Mengangkut belerang menujuReaktor (R-101)
Jenis : Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator Bahan : Malleable-ion
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :- Temperatur (T) = 300C Tekanan (P) = 1 atm
Laju bahan yang diangkut = 71,663 kg/jam
Faktor kelonggaran, fk = 12% (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas bucket elevator = 1,12 x 17,768 kg/jam= 19,90 kg/jam Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam,(Tabel 21-8, Perry, 1999) Spesifikasi :
- Tinggi elevator = 25 ft = 7,62 m
- Ukuran bucket = (6 x 4 x 41/4) in
- Arang Tempurung antar bucket = 12 in = 0,305 m
- Kecepatan Bucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s
- Kecepatan Putaran = 43 rpm
- Lebar belt : 7 in = 0,1778 m =17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
P = 0,07 m0,63∆Z ( Timmerhaus,2004)
Dimana: P = daya (kW)
m = laju alir massa (kg/s)
∆Z = tinggi elevator (m)
Maka :
P = 0,07 x (0,0223)0,63 x 7,62 = 0,0486 kW x1,341 ℎ�
LAMPIRAN D
SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
Utilitas merupakan unit dalam memperlancar jalanya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada, Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik
Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik karbon disulfida dari arang tempurung kelapa dan belerang adalah sebagai berikut :
1. Kebutuhan air 2. Kebutuhan listrik 3. Kebutuhan udara dingin D.1 Unit Penyediaan Air A. Air Sanitasi
1. Kebutuhan Karyawan
Kebutuhan karyawan = 120 L/hari per orang (standar WHO) Jumlah karyawan yang menggunakan air sanitasi adalah 120 orang/hari Densitaas air 30oC = 999,99 kg/m3 = 0,999 kg/L
Jadi kebutuhan air untuk 120 orang setiap hari adalah :
Kebutuhan air = 120orang x 120 L/hari/orang x 0,999 kg/L = 14.385,6 kg/hari
= 599,4 kg/jam
2. Air untuk Laboratorium, Taman dan Keperluan Lain
Air untuk kebutuhan laboratorium, taman dan keperluan lain diperkirakan 30% dari kebutuhan karyawan
Maka, 30 % x 599,99 kg/jam = 179,82 kg/jam
3. Air untuk pemadam kebakaran dan cadangan air
Diperkirakan 40 % berlebih dari kebutuhan air sanitasi, sehingga total kebutuhan air sanitasi adalah = 1,4 x 779,22 kg/jam = 1.090,908 kg/jam
Tabel D.1 Total Kebutuhan Air Sanitasi No Keperluan Kebutuhan (kg/jam)
1 Karyawan 599,4
2 Laboratorium 779,99
3 Cadangan 1090,908
Total 2.470,298
B. Air Pendingin
Air pendingin berfungsi sebagai media pendingin pada alat perpindahan panas Tabel D.2 Tabel Kebutuhan Air Pendingin
No Kode Alat Nama Alat Jumlah (kg/jam)
1 CD-101 Kondensor 139,202
Jumlah 139,202
Untuk memenuhi kebutuhan air, maka pada Pra Perancangan Pabrik Pembuatan Karbon Disulfida ini menggunakan air sungai. Sebelum digunakan, air sungai tersebut masih perlu diproses untuk memenuhi standar air sanitasi dan air pendingin.
Air untuk pendingin direncanakan akan didinginkan kembali (Sirkulasi) dalam
cooling tower, sehingga tidak diperlukan penggantian air pendingin, kecuali bila ada
kebocoran atau kehilangan karena penguapan. Untuk memenuhi pemakaian air maka disediakan penambahan air sebesar 20% dari kebutuhan air pendingin.
Kuantitas penambahan air = (1+0,2) x 139,202 kg/jam = 167,042 kg/jam L.D.1 Screening (SC)
Fungsi : menyaring partikel-partikel padat yang besar Jenis : bar screen
Jumlah : 1 unit
Ukuran : Lebar = 5 mm
Tebal = 20 mm
Bar clear spacing = 20 mm
Slope = 30°
Kondisi operasi:
- Temperatur = 30°C
- Densitas air (ρ) = 995,68 kg/m3 (Perry dkk, 1997) - Laju alir massa = 867,6306 kg/jam
- Laju alir volumetric, Q = �
ρ
=
867,6306 ��
��� � 1 ���/3600�
995,68 kg /m 3
Q = 0,00024 m
3/s
Direncanakan ukuran screening: Panjang = 2 m
Lebar = 2 m
20 mm
20 mm 2 m
2 m
Gambar LD. 1 Spesifkasi screening Misalkan, jumlah bar = x
Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980
x = 49,5 ≈ 50 buah
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2.040.000 mm2 = 2,04 m2 Asumsi, Cd= 0,6 dan 30% screen tersumbat
Head loss (∆h) = 2 2 L.D.2 Pompa Air Sungai (P-201)
Fungsi : untuk memompakan air sungai menuju bak
penampungan air bersih (pengendapan)
Jenis : centrifugal pump
Bahan Konstruksi : commercial steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi :
Temperatur = 28oC
Tekanan = 1 atm
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,1586 lb/ft3 Viskositas air = 0,8007 cP = 0,0005 lb/ft.s Laju alir massa = 867,6306 kg/jam = 0,5313 lb/detik Laju alir volumetric, Q = � Ukuran Spesifikasi Pompa :
Berdasarkan standarisasi ID = 2 in sch 40 (Geankoplis, 1997) OD = 1,315 in = 0,11 ft
ID = 1,049 in = 0,0874 ft A = 0,006 ft2
Menentukan kecepatan aliran pipa : VI = Q/A1
= 0,0085
= 1,4166 ft/s
Menghitung bilangan Reynol number : Nre =
����ρ
�
= 0,0874 � 1,4166 � 62,1586
0,0005
= 15391,8169 > 2100 (aliran turbulen)
Friction loss:
1 Sharp edge entrance: hc = 0,0156 ft.lbf/lbm 1 elbow 90°: hf = 0,0467 ft.lbf/lbm 1 check valve: hf = 0,0623 ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft: Ft = 0,2783 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,0311 ft.lbf/lbm Total friction loss : ΣF = 0,9308 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :
1 2∝(�
2− �1) + �
��(�2− �1) +
P2−P1
� +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2
P1 = P2
Tinggi pemompaan , ΔZ = 50 ft Maka : 0 + 32,174 ft /s2
32,174ft .lbm / lbf .s2(50 ft) + 0 + 0,9308 ft. lbf/lbm + Ws
Ws = -50,931 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80 %, maka:
Ws = - η × Wp -50,931 = - 0,8 x Wp
Wp = 63,663 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = m x Wp
= 867,6306
(0,45359 )(3600 ) x
(
63,663 ft. lbf/lbm)
x 1 hp 550ft.lbf / s= 0,0614 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor ¼ (0,25) hp. L.D.3 Bak Sedimentasi (S-210)
Jumlah : 1 unit
Jenis : Beton kedap air
Aliran : Horizontal sepanjang bak sedimentasi Bahan kontruksi : Beton kedap air
Kondisi operasi : Temperatur = 30 oC Desain Perancangan :
Bak dibuat dua persegi panjang untuk desain efektif (Kawamura, 1991)
Perhitungan ukuranmasing-masing bak
Kecepatan pengendapan0,1 mm pasir adalah : (Kawamura, 1991)
0
υ = 1,57 ft/minatau 8 mm/s
Desain diperkirakan menggunakan spesifikasi : Kedalaman bak = 7 ft
Lebar bak = 3 ft
Kecepatan aliran,v =
t
v(Kawamura, 1991)
dengan : K = faktor keamanan = 1,5
Maka : L = 1,5 (12/1,57) x 0,1463
Desain diterima ,dimana t diizinkan 6 – 15 menit (Kawamura, 1991)
Surface loading :
air
Desain diterima, dimana surface loading diizinkan diantara 4 – 10 gpm/ft2
Headloss (∆h); bak menggunakan gate valve, full open (16 in) : ∆h = K v2
L.D.4 Pompa Sedimentasi (P-202)
Fungsi : untuk memompakan air dari bak sedimentasi (S-210) ke clarifier (CL-210)
Jenis : centrifugal pump Bahan Konstruksi : commercial steel
Kondisi Operasi :
Temperatur = 30oC
Tekanan = 1 atm
Densitas air = 995,68 kg/m3 = 62,1586 lbm/ft3 Viskositas air = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft.s Laju alir massa = 867,6306 kg/jam = 0,5313 lbm/detik Laju alir volumetric, Q = �
ρ =
0,5313 62,1586
Q = 0,0085 ft3/s
Desain Pompa :
di opt = 3,9 Qf0,45x ρ0,13 (Pers 12-15 Peter’s, 2004) = 3,9 (0,0085) 0,45 x 62,15860,13
= 0,78 inc Ukuran Spesifikasi Pompa :
Berdasarkan standarisasi ID = 1 in sch 40 (Geankoplis, 1997) OD = 1,315 in = 0,11 ft
ID = 1,049 in = 0,0874 ft A = 0,006 ft2
Menentukan kecepatan aliran pipa : VI = Q/A1
= 0,0085
0,006
= 1,4166 ft/s
Menghitung bilangan Reynol number : Nre =
����ρ
�
= 0,0874 � 1,4166 � 62,1586
0,0005
= 1539,8169 > 2100 (aliran turbulen)
Friction loss:
Pipa lurus 25 ft: Ft = 0,2783ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,0311 ft.lbf/lbm Total friction loss : ΣF = 0,9900 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :
1 2∝(�
2− �1) + �
��(�2− �1) +
P2−P1
� +∑ �+�� = 0(Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2
P1 = P2
Tinggi pemompaan , ΔZ = 30 ft Maka : 0 + 32,174 ft /s2
32,174ft .lbm / lbf .s2(30 ft) + 0 + 0,9900 ft. lbf/lbm + Ws
Ws = -30,990 ft.lbf/lbm Untuk efisiensi pompa 80 %, maka:
Ws = - η × Wp -30,990 = - 0,8 x Wp
Wp = 38,738 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = m x Wp
= 867,6306
(0,45359 )(3600 ) x
(
38,738 ft. lbf/lbm)
x 1 hp 550ft.lbf / s= 0,0374 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor ¼ ( 0,25) hp. LD.5 Tangki Pelarutan Alum (M210)
Fungsi : Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283, Grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur = 30°C Tekanan = 1 atm Al2(SO4)3 yang digunakan = 50 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30% (% berat) Laju massa Al2(SO4)3 = 0,0433 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30% = 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3
Faktor keamanan = 20% Desain Tangki
a. Ukuran Tangki
Volume larutan (Vl) =
0,0433kg jam x 24
jam
hari x 30 hari 0,3 x 1363 kg /m3
= 0,076m3
Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 2 : 3 V=1
4πD 2H
0,0912 m3=1
4πD 2�3
2D�
0,0912 m3=3
8�� 3
Maka : D = 0,47m ; H = 0,94 m Tinggi cairan dalam tangki = = 0,076
0,0912
x 0,94 = 0,78 m
b. Tebal dinding tangki Phidrostatik = ρ x g x l
= 1363 x 9,8 x 0,75m = 104187,227 Pa = 10,4187 kPa
Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 5%
PT = 10,4187 kPa + 101,325 kPa = 111,7437 kPa
Pdesign = 1,05 x (111,7437)
= 117,33 kPa −Joint eFticiency (E) : 0,8
−Allowable stress (S) : 12650 psia = 87218,714 kPa Tebal shell tangki:
t =
PD
2SE
−
1,2P
=
(117,33 kPa)x (0,47 m)
2(87.218,714 kPa)(0,8)
−
1,2(117,33 kPa)
Faktor korosi = 1/8 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,01574 in + 1/8 in = 0,1407 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959) c. Daya pengaduk
Jenis : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah
Kecepatan putaran (N) : 60 rpm = 1 rps
Efisiensi motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Jadi:
• (Da) : 1/3 x Dt = 1/3 x 0,6 m = 0,65 ft • (E) : 1 x Da = 1 x 0,2 m
• (L) : 1/4 x Da = 1/4 x 0,2 = 0,05 m • (W) : 1/5 x Da = 1/5 x 0,2 = 0,04 m • (J) : 1/12 x Dt = 1/12 x 0,6 = 0,005 m
dimana : Da = diameter impeller Dt = diameter tangki
W = lebar blade pada turbin E = tinggi turbin dari dasar tangki J = lebar baffle
L = panjang blade pada turbin Daya untuk pengaduk :
Bilangan Reynold (NRe) = ��
(���)
� =
85,0898 x 1 x 0,2 2
6,72.10−4 = 5,42.10
4
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: P= KT.n
3.Da5ρ
gc (McCabe, 1999)
KT = 6,3
P=6,3 (1 put /det )
3 x ( 0,20ft )5 x (85,0898 lbm /ft3 ) 32,174 lbm .ft /lbf .det2
x
1 hp 550 ft lbf /det
P = 0,0036 hp
Daya motor (Pm) =0,0036
0,8 = 0,0045 HP
Dipilih daya motor standar = 1/10 HP LD.6 Pompa Alum (P-203)
Fungsi : Memompa alum dari Tangki Pelarutan Alum (M-210) ke Clarifier (CL)
Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : - Temperatur = 30°C
- Densitas alum (ρ) = 1363 kg/m3 = 85,0898 lbm/ft3
- Viskositas alum (μ) = 6,72.10-4 cP = 4,5158.10-7 bm/ft.detik - Laju alir massa (F) = 0,0433 kg/jam = 0,000026 lbm/detik
(Kirk & Othmer, 1978)
Perhitungan spesifikasi pompa alum (P-202) analog dengan perhitungan spesifikasi pompa screening (P-201), diperoleh hasil :
Debit air/laju alir volumetrik, Q = 3,05.10-7 ft3/s Di,opt = 0,0081 in
Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1/8 in
- Schedule number : 40
- Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,02 ft = 0,0068 m - Diameter Luar (OD) : 0,405 in = 0,03 ft
- Luas penampang dalam (At) : 0,0004 ft2 Kecepatan linier : v = 0,00076 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = 2864,088 (turbulen) Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :
- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 m ε/D = 0,0067, diperoleh f = 0,0018
Friction loss:
2 elbow 90°: hf = 0,00000013ft.lbf/lbm 1check valve: hf = 0,00000017 ft.lbf/lbm Pipa lurus 30 ft: Ft = 0,0000000096 ft.lbf/lbm 1 Sharp edge exit: hex = 0,000000008 ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 0,00000010 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :
1 2∝(�
2− �1) + �
��(�2− �1) +
P2−P1
� +∑ �+�� = 0 (Geankoplis, 2003) dimana : v1 = v2
P1 = 2333,8283 lbf/ft² P2 = 2727,6399 lbf/ft²
Tinggi pemompaan , ΔZ = 20 ft Ws = 24,6282 ft.lbf/lbm
Untuk efisiensi pompa 80 %, maka: Ws = - η × Wp
24,6282 = - 0,8 x Wp
Wp = 30,7852 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 0,000001 HP
Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.
LD.7 Tangki Pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (M-211)
Fungsi : Membuat larutan soda abu (Na2CO3) Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283 Grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Na2CO3 yang digunakan = 27 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 % (% berat) Laju massa Na2CO3 = 0,0234 kg/jam
Faktor keamanan = 20%
Perhitungan spesifikasi Tangki pelarutan Soda Abu (Na2CO3) (TP-02) analog dengan perhitungan spesifikasi Tangki pelarutan Alum [Al2(SO4)3]
a. Ukuran tangki
Volume larutan, Vl = 0,0423 m3 Volume tangki, Vt = 0,051 m3 D = 0,84 m ; H = 1,68 m
b. Tebal dinding tangki
Tinggi cairan dalam tangki = 186,705 m Tekanan hidrostatik, Phid = 18,2 kPa
Poperasi = 101,325kPa
Pdesain = 125,5012kPa
Tebal shell tangki:
t = 0,00075 m = 0,02952 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,02952 in + 1/8 in = 0,1545 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in (Brownell & Young,1959) c. Daya pengaduk
Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah
Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh :
Da = 0,16 m =0,54 ft E = 0,16m
L = 0,04m W = 0,03 m J = 0,04m
Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Bilangan Reynold, NRe = 3,56.104
KT = 6,3 P = 0,0013 hp
Efisiensi motor penggerak = 80%
Maka daya motor yang dipilih 1/10 hp. LD.8 Pompa Soda Abu (P-204)
Fungsi : Memompa larutan soda abu dari tangki pelarutan soda abu (M-211) ke Clarifier (CL)
Jenis : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
- Temperatur = 30°C
- Densitas soda abu (ρ) = 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3 (Othmer,1967) - Viskositas soda abu (μ) = 3,69.10-4 cP =2,4797.10-7 (Othmer, 1978) Laju alir massa (F) = 0,0234 kg/jam = 0,000014 lbm/detik Perhitungan spesifikasi pompa soda abu (PU-04) analog dengan perhitungan spesifikasi pompa screening (PU-01), diperoleh hasil :
Debit air/laju alir volumetrik, Q = 1,6899.10-7 ft3/s = 0,00000001 m3/s Di,opt = 0,0062in
Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel : - Ukuran nominal : 1/8 in
- Schedule number : 40
- Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,02 ft - Diameter Luar (OD) : 0,405 in = 0,03 ft - Luas penampang dalam (At) : 0,0004 ft2 Kecepatan linier : v = 0,000422 ft/s
Bilangan Reynold : NRe = 2819,6516 (tubulen) Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :
- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: ε = 0,00015 m
ε/D = 0,0067, diperoleh f = 0,0018 (Timmerhaus,1991)
Friction loss:
1 Sharp edge exit: hex = 0,000000027ft.lbf/lbm Total friction loss: ΣF = 0,000000318 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli:
1
2∝(v
2 −v1) + g
gc(z2−z1) +
P2−P1
ρ +�F + Ws = 0
dimana : v1 = v2 P1 = 2496,345 lbf/ft² P2 = 2727,6399 lbf/ft² ΔP = 2,7919ft.lbf/lbm ΔZ = 20 ft
maka: Ws = 22,7919ft.lbf/lbm Wp = 28,4898 ft.lbf/lbm Daya pompa: P = 0,00000074 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp. LD.9 Clarifier (CL-210)
Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Tipe : External Solid Recirculation Clarifier Bentuk : Circular desain
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-283, Grade C Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi :
Temperatur = 30°C
Tekanan = 1 atm
Laju massa air (F1) = 867,6306 kg/jam Laju massa Al2(SO4)3 (F2) = 0,0433 kg/jam Laju massa Na2CO3 (F3) = 0,0234 kg/jam Laju massa total, m = 867,6973 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 = 2,71 gr/ml (Perry, 1999) Densitas Na2CO3 = 2,533 gr/ml (Perry, 1999)
Densitas air = 0,995 gr/ml (Perry, 1999)
Reaksi koagulasi: