Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT
A. TANGKI PENYIMPANAN BAHAN BAKU BENZEN Kode : T-01
Fungsi : Menyimpan bahan baku benzen selama 30 hari Tujuan :
1. Menentukan type tangki
2. Menentukan bahan konstruksi tangki 3. Menghitung kapasitas tangki
4. Menghitung diameter dan tinggi tangki
5. Menentukan tebal shell dan panjang shell course 6. Menentukan tebal dan tinggi head
1. Menentukan Tipe Tangki
Dalam perancangan ini dipilih tipe tangki silinder tegak dengan dasar datar (flate bottom) dan atasnya berbentuk kerucut (conical roof) dengan pertimbangan :
1. Kondisi operasi tangki pada tekanan atmosfer dan suhu kamar. 2. Konstruksi sederhana sehingga harga lebih ekonomis.
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 2. Menentukan Bahan Konstruksi Tangki
Dalam perancangan ini dipilih bahan konstruksi tangki Carbon Steel SA 283
Grade C, dengan pertimbangan :
Memiliki allowable working stress cukup besar.
Harganya relatif murah.
Bahan relatif tahan korosi.
Kondisi penyimpanan pada suhu 300C dan tekanan 1 atm
3. Menghitung Kapasitas Tangki densitas benzen
Pada kondisi suhu 30 oC
benzen = 0,805 kg/lt
Menghitung kebutuhan benzen Kebutuhan benzen = 9282 kg/jam
Dirancang untuk persediaan satu bulan, benzen yang harus disediakan : = 9282 kg/jam x hari jam 24 x 30 hari = 2.762.424 kg
Menghitung volume tangki : Volume tangki = 0,805kg/lt kg 2762424 = 3.431.582,609 lt = 3.431,582 m3
Karena volume tangki cukup besar maka untuk faktor keamanan digunakan 4 buah tangki penyimpanan maka volume untuk setiap tangki adalah 857,896 m3, dengan faktor keamanan 10 %, volume tangki :
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 4. Menghitung Diameter dan Tinggi Tangki
Dari persamaan 3.12 Brownell and Young untuk Large Closed Tank, dengan metode optimasi biaya atap dan shell/dinding sama dengan dua kali biaya bottom per satuan luas diperoleh persamaan :
D = 3 8
H (Brownell and Young)
V = 4 . . 2 H D V = H H . 4 3 8 . 2 = 36 96 , 200 xH3 H = 3 1 96 , 200 36 33312,116 x = 18,138 ft Diameter tangki : D = 3 8 H D = 3 8 x 18,138 ft = 48,368 ft
Dari Appendix E, item 3, Brownell and Young hal 348, ukuran standar tangki yang digunakan adalah :
Tangki dengan diameter D = 50 ft, tinggi H = 24 ft, dan 4 course dengan 72 in butt-welded course.
5. Menentukan Tebal Shell dan Panjang Shell Course Spesifikasi yang dipakai :
Menggunakan 4 buah course dengan ketebalan tertentu
Menggunakan shell plate 10 in butt-welded course
Menggunakan lebar plate komersial 6 ft sehingga untuk tinggi 24 ft dipakai plate dengan ketebalan berbeda
Bahan yang dipakai adalah Carbon Steel SA-283 Grade C (Tabel 13.1, hal 251, Brownell) dengan karakteristik :
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Efisiensi pengelasan (E) = 85 % = 0,85
Factor korosi (c) = 0,125 in Allowable welded joint = 5/32 in
6 ft 6ft 6ft 6ft
Tebal dinding tangki dihitung dengan persamaan 3.16, brownell : in c E x f D/2 x P ts Dimana : ts = tebal shell, in
f = stress yang diijinkan, psi E = efisiensi pengelasan D = diameter dalam tangki, in P = tekanan perancangan, psi c = corrosion allowance, in
c H P 144 1 = densitas air pada 600F = 62,37 lb/ft3 H = tinggi dari dasar course ke puncak, ft P = tekanan dalam tangki, psi
Sehingga gabungan kedua persamaan tersebut menghasilkan :
c x144 E x f x 2 D x 1 H ρ ts
0,125 x144 0,85 x 12650 x 2 12) x (50 x 1 H 37 , 62 ts Tebal shell dihitung dengan persamaan berikut:
0,012 ( 1) 0,125
x H
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Menghitung panjang plate:
n x 12 length weld ts D x 3,14 L (Brownell, hal 55)L = panjang tiap plate (in) N = jumlah plate
Weld length = n x allowable welded joint
Course 1 H1 = 24 ft Ts1 =
0,012 x (241)
0,125
= 0,401 in L1 =
10 x 12 32 5 x 10 0,401 50x12 x 3,14 = 15,697 in Course 2 H2 = (24-6) ft = 18 ft Ts2 =
0,012 x (181)
0,125
= 0,329 in L2 =
10 x 12 32 5 x 10 0,329 50x12 x 3,14 = 15,695 in Course 3 H3 = (18-6) ft = 12ft Ts3 =
0,012 x (121)
0,125
= 0,257 in L3 =
10 x 12 32 5 x 10 0,257 50x12 x 3,14 = 15,694 in Course 4 H4 = (12-6) ft = 6ftPrarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Ts4 =
0,012 x (61)
0,125
= 0,185 in L4 =
10 x 12 32 5 x 10 0,185 50x12 x 3,14 = 15,692 in6. Menentukan Tinggi Dan Tebal Head Menentukan tinggi head tangki
Sudut adalah sudut cone roof terhadap garis horizontal
ta D
430 sin
Ta= tebal atap (in) dipilih tebal atap standar 3/8 in 310 , 0 375 , 0 430 50 sin x = 18,06O
Tinggi head dapat dihitung dengan persamaan:
xD h 5 , 0 tan tan x D x 0,5 h o 06 , 18 tan ft x 50 x 0,5 h h = 8,152 ft
Menentukan tebal head tangki Tekanan penyimpanan 1 atm = 14,7 Psi
Faktor keamanan 10 %, sehingga tekanan tangki menjadi : P = 1,1 x 14,7
= 16,17
Tebal conical head tangki dengn sudut kurang dari 30O dapat dihitung dengan persamaan:
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun c th 0,6.P) (f.E x 2cosθ D x P Maka: 125 , 0 16,17) x 0,6 0,85 x (12650 18,06x cos x 2 12 x 50 x psi 16,17 th (pers. Brownell) th = 0,60 in
Dipakai tebal head standar 0,6 in.
RESUME :
Nama alat : Tangki penyimpanan
Fungsi : Menyimpan bahan baku benzen Tipe : Silinder tegak,
Bahan konstruksi : Carbon steel tipe SA-283 grade C Kapasitas tangki : 33312,116 ft3
Jumlah tangki : 4
Kondisi operasi : 1 atm, 30OC Diameter tangki : 50 ft
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Tebal shell Plate 1 : 0,401 in Plate 2 : 0,329 in Plate 3 : 0,257 in Plate 4 : 0,185 in Tebal head : 0,60 in Tinggi head : 8,152 ft B. POMPA Kode : P-01
Fungsi : Mengalirkan bahan baku benzen dari tanki T-01 ke pipa pencampur M-01.
Tujuan : - Menentukan jenis pompa
- Menentukan spesifikasi pipa yang digunakan
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 1. Menentukan tipe pompa
Tipe pompa yang digunakan adalah pompa sentrifugal dengan pertimbangan :
- Viskositas fluida yang dialirkan relatif tidak besar - Konstruksinya sederhana sehingga harga lebih murah
- Dapat digabung langsung dengan putaran motor. Umumnya semakin cepat
putaran maka semakin kecil beban pompa dan motor. - Mudah dalam pengoperasiannya
- Aliran pada discharge pompa dapat di shut-off atau ditutup tanpa merusak
pompa.
- Tidak memerlukan valve dalam operasi pompa
- Biaya pemeliharaan lebih rendah dibanding jenis pompa yang lainnya. (Sumber: Peters & Timmerhaus, hal 518)
2. Menentukan spesifikasi pipa yang digunakank terlalu besar Menghitung laju alir fluida
Kapasitas = 9300.32 kg/jam = 2.58 kg/s Densitas benzen = 873.7 kg/m3 = 54.5189 lb/ft3 2.95 m3/s = 0.1045 ft3 /s Faktor keamanan 10% = 1.1 x 0.1045 = 0.1149 ft3/s
Menentukan diameter pipa optimum
Di optimum = 3,9 . Q0,45. ρ0,13...(Peters, hal 496)
Di optimum = 3.9 0.11490.45 54.51890.13 Di optimum = 2.4772 in
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun - Ukuran pipa nominal : 2.5 in NPS
- Schedule pipa : 40
- Diameter dalam (ID) : 2.469 in = 0,0627 m - Diameter luar (OD) : 2.875 in = 0,073 m
- Luas penampang dalam (At) : 0,03322 ft2 = 30.89 x 10-4 m2 - Bahan konstruksi : commercial steel
3. Menentukan Nre dan f
- Menetukan kecepatan linier fluida V = Q / A (Timmerhause, 1991)
V = 3.46 ft/s = 1.05 m3/s - Menghitung viskositas cairan
µ = 0.646 cp = 0.000434047 lb/(ft.det) - Menghitung bilangan Reynold Nre NRe = (ρ.D.V)/ μ
Lebih dari > 2100, aliran turbulen
Untuk pipa Commercial Steel, harga ε = 0,000046 m ε/D = 0,000046 m / 0,0627
Pada NRe =
Di plot pada (Fig.2.10.3) (Geankoplis, 2003) Didapatkan f = 0,0065
4. Friction Loss
1. Contraction loss pada keluaran tangki Hc = Kc v2/ 2a
Hc = 0.55 (1.05)2/2.1 Hc = 0.303 j/kg
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Panjang pipa lurus = 60 m
Ff = 4f 13.72 j/kg
3. Friction pada 2 buah elbow 90
4. Friction pada 1 buah check valve
5. Expansion loss pada tank entrance
Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = (Hc + Ff + + )
ΣF = (0.303 + 13.72 + + ΣF = 38.313 j/kg
3. Menentukan tenaga pompa
Energi mekanik yang diterima fluida, Ws :
... (Geankoplis, 1997)
Dimana : diameter pipa konstan v2=v1 Selisih tinggi pipa = 3m Tekanan konstan = P1=P2
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Sehingga Energi pompa Wp : Ws = -η. Wp
Jika efisiensi 80%, maka : = 85.39 j/kg Daya pompa P :
P = m Wp
Dimana Laju lair massa, m = 2.58 kg/s P = m Wp P = 2.58 85.39 P = 220.31 J/s = 220.31 W P = 0.3 Hp RESUME POMPA Kode : P-01
Fungsi : Mengalirkan bahan baku benzen dari tanki T-01 ke pipa pencampur M-01.
Tipe : Pompa Sentrifugal Kapasitas : 2.58 kg/s Power : 0.3 HP
Pipa yang digunakan :
- Ukuran pipa nominal : 2.5 in NPS - Schedule pipa : 40
- Diameter dalam (ID) : 2.469 in = 0,0627 m - Diameter luar (OD) : 2.875 in = 0,073 m
- Luas penampang dalam (At) : 0,03322 ft2 = 30.89 x 10-4 m2 - Bahan konstruksi : commercial steel
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun C. MIXER
Kode : M-01
Fungsi : Tempat pencampuran freshfeed Benzen dengan hasil recycle agar sesuai dengan spesifikasi bahan baku yang diinginkan.
Tujuan :
1. Menentukan tipe pengaduk 2. Menghitung dimensi mixer 3. Menghitung power pengaduk
1. Menentukan Tipe Pengaduk
M-01
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Pemilihan tipe pengaduk menggunakan tabel 8.3 dan fig 8.4 rase dengan parameter volume dan viskositas campuran. Dipilih pengaduk jenis marine propeler 3 blade dengan spesifikasi sebagai berikut :
3 Di Dt 9 , 3 7 , 2 Di Zl 3 , 1 75 , 0 Di Zi 1 , 0 Di W (Brown, 1958) Ket : Di = Diameter impeller Dt= Diameter tangki W = Lebar baffle
Zi = Jarak pengaduk dari dasar silinder tangki Zl = Tinggi cairan dalam tangki
2. Menghitung Dimensi Mixer
2.1 Menghitung Volume Cairan dan Volume Tangki Laju alir masuk mixer = 9282 kg/jam
benzeb = 805 kg/m3 = 0,805 kg/lt Kecepatan volumetrik : campuran kapasitas v = 5849,565 lt/jam
Waktu tinggal yang dibutuhkan dalam mixer (θ ) = 600 detik (Ulrich, 1984) Vc = v x
Ket:
Vc = Volume cairan
V = Kecepatan volumetrik cairan = Waktu tinggal cairan
Vc = 5849,565x detik/jam 3600 detik 600 = 974,927 lt = 0,974 m3 = 34,382 ft3
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Asumsi 80% tangki berisi cairan maka :
Vt = 0,8 382 , 34 = 42,977 ft3
2.2 Menghitung Diameter Tangki 9 , 3 Di Zl ; 3 Di Dt ; sehingga 1,3 Dt Zl xZl xDt vc 2 4 3 3 , 1 4 x Dt vc 3 Dt 1,3 x 4 π 34,382 Dt = 3,230 ft
2.3 Menghitung Tinggi Tangki x Zt Dt x 4 π Vt 2 x Zt 3,230 x 4 π 42,977 2 Zt = 5,248ft Zl = 1,3 x Dt = 1,3 x 3,230 ft = 4,199 ft ft 1,077 ft 3,230 x 3 1 Dt x 3 1 Di
2.4 Menghitung Tebal Dinding Tangki
Sebagai bahan tangki digunakan carbon steel SA 283 grade C, dengan: F = 12650 E = 0,85 C = 0,125 in 0,6P E . f r x P ts i P = P desain + P hidrostatik atm 1,97 2116,2 4,199 x 50,284 1,87 P
Factor keamanan 10% maka:
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun in 19,38 2 12 x 3,230 2 Dt ri 0,182in 0,125 31,899 x 0,6 5 0,8 x 12650 19,38 x 31,899 ts
Dipakai tebal sheel standar 3/16 inchi 2.5 Menghitung Tebal Head Tangki
C P E f w r P th 2 , 0 . . 2 . . OD = ID + 2. ts OD = 38,058 + 2 . (3/16) OD = 38,433 in Digunakan: OD = 40 in r = 40 2 1 2 icr in 1,804 2 1 2 40 3 4 1 icr rc 3 4 1 W 0,5 0,5 in 0,232 0,125 31,899 x 0,2 0,85 x 12650 x 2 1,804 x 40 x 31,899 th
Digunakan tebal standar 1/4 in. 2.6 Menghitung Tinggi Head
ID = 38,058 in th = ¼ in icr = ¾ sf = 2 in r = 40 in
2 2 in 19,029 2 058 , 38 2 AB BC r b ID a in 14,272 4 3 2 058 , 38 2 ID icr ABPrarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun BC = r – icr = 40 - 0,75 = 39,25 in
39,25
14,272
3,437in 40 2 2 b OA = th + b + sf OA = 3/16 + 3,437+ 2 = 5,624 in3. Menghitung Power Pengadukan 3.1 Menghitung Kecepatan Putaran
Persamaan yang digunakan:
2Di WELH x Di x π n N
Dimana: WELH = Water Equivalent Liquid Height WELH = Zl x Sg
= 4,199 x 998 805
= 3,387 ft n = 1150 rpm (marine propeller dengan 3 blade)
1,077 x 2 3,387 x 1,077 x π 1150 = N N = 426,42 rpm N = 7,11 rps
3.2 Menghitung bilangan reynold
x N x Di Re 2 0,0012 50,284 11 , 7 1,077 = Re 2 x x Re = 320873,518
3.3 Menghitung Power Pengadukan
gc Po x ρ x Di x N power 5 3 lbf/s 32,174 0,9 x 50,284 x 1,077 x 7,113 5 =732,579 ft
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun =1,332 HP Effisiensi 90 %, sehingga : HP 48 , 1 0,9 1,332 = Power Digunakan power 2 HP
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun RESUME :
Nama alat : Tangki pencampuran (Mixer)
Fungsi : Tempat pencampuran freshfeed benzen
dengan hasil recycle agar sesuai dengan spesifikasi bahan baku yang diinginkan. Tipe pengaduk : Marine propeller
Diameter tangki : 3,230 ft Tinggi tangki : 5,248 ft Diameter pengaduk : 1,077 ft Jumlah baffle : 4 Lebar baffle : 0,107 ft Power pengaduk : 2 HP D. VAPORIZER
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Kode : VP-01
Fungsi : Menguapkan umpan benzen dan camp dari M-01 Tujuan :
1. Menentukan tipe vaporizer 2. menentukan bahan konstruksi
3. menentukan aliran fluida panas dan dingin 4. menentukan spesifikasi shell and tube 5. menghitung factor kekotoran
6. menghitung pressure drop di shell and tube
1. Menentukan Tipe Vaporizer
Tipe vaporizer yang dipilih adalah jenis ketel (shell and tube 1-4 horizontal) vaporizer dengan pertimbangan sebagai berikut:
Konstruksi lebih sederhana
Paling banyak digunakan
Pressure drop rendah
Heat transfer coefisien rendah
2. Memilih Bahan Konstruksi
Dalam perancangan bahan konstruksi yang digunakan adalah carbon steel SA 283 grade C dengan pertimbangan :
Bahan dalam proses tidak korosif
Strukturnya kuat
Harga relative murah
3. Menentukan Aliran Fluida Panas dan Dingin
S
C
T=200OC T = 109,2O C T = 106,3OC IPA cair IPA uapPrarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Dalam rancangan ini ditentukan :
Fluida dingin (benzen) di shell karena mempunyai massa yang relative lebih besar
Fluida panas (steam) di tube karena mempunyai jumlah massa yang lebih kecil dibandingkan benzen
4. Menentukan Spesifikasi Shell and Tube Data-data :
Fluida panas : steam
Suhu masuk : 533 K
Suhu keluar : 533 K
Laju alir : 13681.23 kg/jam = 36241,8632 lb/jam Fluida dingin : Benzen
Suhu masuk : 303 K = 223,34OF Suhu keluar : 353 K = 228,56OF Laju alir : 10381,3475 lb/jam
Beban panas (Q) : 22731368,3 kj/jam = 3023157,68 Btu/jam a. Menentukan ∆T LMTD
Fluida Panas Suhu Fluida Dingin Selisih
392 Suhu tinggi 228,56 163,44 392 Suhu rendah 223,34 168,66 ∆TLMTD = 166,04 163,44 168,66 ln 163,44 -168,66 O F Tav = 392 OF , tav = 225,95 OF
b. Menentukan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan.
Untuk fluida dingin berupa light organic dan fluida panas berupa steam memiliki UD = 100-200 Btu/ft2.OF.jam. Diambil harga UD 120 Btu/ft2.OF.jam
c. Memilih jenis ukuran pipa
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun OD = 1 in ao = 0,2618 ft2/ft
BWG = 16 at’ = 0,594 in2
ID = 0,87 in
Direncanakan panjang tube, L = 14 ft d. Menentukan luas perpindahan panas
) 120(166,04 3023157,68 T . U Q A LMTD D = 151,7284 ft2
e. Menghitung jumlah tube 4 , 41 (0.2618) 14 151,7284 L.ao A Nt
Dipilih jumlah tube standar dari table 9 Kern sebanyak 47, dengan spesifikasi Tube: ODtube = 0,75 in ID tube = 0,87 in Pitch = 15/16 triangular Passes = 4 pass Shell: L = 14 ft Nt = 47 ID shell = 10
Dipilih susunan triangular pitch dengan pertimbangan :
Kapasitas fluida yang digunakan besar sehingga dengan susunan ini akan lebih banyak terpasang pada shell and tube
Pressure drop rendah
Viskositas cairan rendah
f. Koreksi harga UD Aterkoreksi = Nt . ao . L = 47 . 0,2618 .14 = 172,2644 ft2 66,04) 172,2644(1 3023157,68 T A. Q U LMTD D = 105,6945 Btu / (jam)(ft 2 )(oF)
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun g. Fluida dingin (light organik) shell side
Menghitung flow area ID shell = 10 in Pt = 0,9375
C’ = Pt – OD = 0,9375 – 0,75 = 0,1875 Asumsi baffle space maksimum = ID shell = 10 in
1389 , 0 9375 , 0 144 10 1875 , 0 10 144 ' x x x xPt xB IDxC as ft2 Mass velocity Gs = W / as = 10381,3475 / 0,1389 = 74739,72 lb/ft2 jam
Menghitung bilangan Reynold Pada tav = 225,95 OF didapat data :
µ = 0,3 cp = 0,726 lb/ft jam (fig. 14 Kern)
De = 0,55 (fig 28, Kern) 726 , 0 72 , 74739 55 , 0 μ Gs x De NRe x = 56621 Menentukan ho Jh = 138 (fig 28, Kern)
C = 0,916 Btu / lboF (fig 2, Kern) k = 0,133 Btu / (jam)(ft2)(oF) (table 4, Kern) ho 3 / 1 k cx x De k jh 3 / 1 133 , 0 726 , 0 916 , 0 55 , 0 133 , 0 138 x x = 55,6195 Btu / (jam)(ft2)(oF) h. Fluida panas : steam, tube side
Menghitung flow area a’t = 0,594 in2
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 4 144 594 , 0 47 144 ' x x xn t Ntxa at = 0,0485 ft2 mass velocity Gt = w/at = 3624,8632 / 0,0485 =74739,4474 lb/ft jam
Menghitung bilangan reynold dalam tube Pada Tav (392 OF) didapat:
Dt = 0,87/12 = 0,0725 ft (table 10, Kern) µ = 0,016 cp = 0,039 lb/ft jam (fig 15, Kern)
039 , 0 4474 , 74739 0725 , 0 μ Gt Dt x Re x = 138938,7 Menghitung hio
Untuk condensing steam harga hio = 1500 Btu / (jam)(ft2)(oF) i. Menghitung clear overall for preheating (Up)
Up ho hio hioxho 6195 , 55 1500 6195 , 55 1500 x = 53,63 Btu / (jam)(ft2)(oF)
j. Menghitung clean surface untuk preheating(Ap) Ap p t Upx Qp 04 , 166 63 , 53 3023157,68 x = 339,5 ft2
k. Vaporization, Shell Side
Pada t = 228,56 F didapat data sebagai berikut:
µ = 0,298 cp = 0,721 lb/ft hr (fig. 114 Kern) c = 0,908 Btu / lboF (fig 2, Kern) k = 0,133 Btu / (jam)(ft2)(oF) (table 4, Kern)
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 721 , 0 72 , 74739 55 , 0 μ Gs x De shell RE x = 56620 Jh = 137 Menghitung ho Ho 3 / 1 k cx x De k jh 3 / 1 133 , 0 721 , 0 908 , 0 55 , 0 133 , 0 137 x x = 54,2183 Btu / (jam)(ft2)(oF) l. Vaporization , Tube Side
Menghitung clean overall coefficient untuk vaporization Untuk condensing steam harga hio = 1500 Btu / (jam)(ft2)(oF) Uv ho hio hioxho 2183 , 54 1500 2183 , 54 1500 x = 52,33 Btu / (jam)(ft2)(oF)
Menghitung clean surface yang diperlukan untuk vaporization (Av) Av v t Uvx Qv ) 5 2,33(225,9 5 3023157,68 = 225,68ft2 m. Menghitung Uc Total Ac = Ap + Av = 339,5 + 225,68 = 565,18 ft2 Uc Ac UA 18 , 565 ) 33 , 52 68 , 225 ( ) 63 , 53 5 , 339 ( x x = 3242,415 Btu / (jam)(ft2)(oF)
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 5. Menghitung Factor Kekotoran (Rd)
Rd UcxUd Ud Uc 105,6945 415 , 3242 105,6945 415 , 3242 x = 0,00094
Untuk light organic harga Rd yang diijinkan 0,001, Rd perhitungan < Rd min sehingga memenuhi syarat.
6. Menghitung Pressure Drop Tube Side
NRe = 138938,7
f = 0,000135 ft2/in2 (fig 26, Kern) Vfg = 2,0651 lb/ft3 (table 7, Kern) 5 , 62 0651 , 2 1 5 , 62 1 x x v s fg = 0,0077 ∆Ps Φt x s x De x 5,22.10 n x L x Gt x f 2 1 10 2 1 0077 , 0 55 , 0 10 . 22 , 5 4 14 4474 , 74739 000135 , 0 2 1 10 2 x x x x x x = 0,955 psia Pada Shell a. Preheating Zone NRe = 56621 f = 0,00032 (fig 26, Kern) Pada t = 223,34 F, ρ = 51,913 lb/ft3 s = 51,913/62,5 = 0,8306
Panjang zona preheating
Lp Ac Ap Lx 18 , 565 5 , 339 14x = 8,4097 ft
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Menghitung ∆Ps B Lp 10 1 + N 10 8,4097 10 1 + N = 10,0916 f = 0,0015 (fig 29,Kern) ρ = 51,913 lb/ft3 s = 51,913/62,5 = 0,8306 Ds = 10/12 = 0,83 ∆Ps t xDexsx N xDsx fxGs 10 2 10 . 22 , 5 ) 1 ( 2 1 1 8306 , 0 55 , 0 10 . 22 , 5 0916 , 10 83 , 0 74739,72 0015 , 0 2 1 10 2 x x x x x x = 0,00147 psia b. Vaporization zone NRe = 56620 F = 0,00032 (fig 26, Kern) Pada T = 228,56 F, ρ = 51,213 lb/ft3 S = 51,213/62,5 = 0,8194
Panjang zona penguapan = L – Lp =14 - 8,4097 =5,5903 ft Menghitung ∆Ps B L 14 1 + N 10 5,5903 14 1 + N = 7,8264 ∆Ps t xDexsx N xDsx fxGs 10 2 10 . 22 , 5 ) 1 ( 2 1 1 8194 , 0 55 , 0 10 . 22 , 5 8264 , 7 83 , 0 74739,72 00032 , 0 2 1 10 2 x x x x x x = 0,000247 psia
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun ∆Ps total = ∆Psp + ∆Psv
= 0,00147 + 0,000247 = 0,001717 psia
RESUME :
Nama alat : Vaporizer
Fugsi : Menguapkan umpan benzen
Tipe : Shell and tube
Material konstruksi : Carbon steel SA 283 grade C
Shell Side ID : 10 in Jumlah pass : 4 ∆P shell : 0,00147 Tube Side OD : 0,75 in ID : 0,87 in BWG : 16 Pitch : 15/16 Susunan : triangular Jumlah pass : 4 Jumlah tube : 47 Panjang tube : 14 ft ∆P tube : 0,955 psia
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Uc : 3242,415 Btu / (jam)(ft2)(oF) Ud : 105,6945 Btu / (jam)(ft2)(oF) Rd : 0,00094 E. REAKTOR Kode : R-01
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi dengan bahan baku utama benzen dan etilen membentuk etilbenzen dengan katalis ZSM-5.
1. Menentukan jenis reaktor
Dipilih reaktor jenis fixed bed multitube dengan pertimbangan : - Reaksi dalam fasa gas dengan katalis padat
- Reaksi eksotermis sehingga diperlukan luas perpindahan panas yang besar agar kontak dengan pendingin berlangsung optimal
- Pressure drop lebih kecil daripada fluidized bed - Abrasi pada dinding tube dapat diabaikan
- Tidak diperlukan pemisahan katalis dari gas keluaran reaktor
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
tube Kontruksi reaktor lebih sederhana dibandingkan dengan reaktor fluidized bed, dengan demikian maka biaya pembuatan ,
operasional dan
perawatannya relatif lebih murah. ( Hill, hal. 425 – 431 )
Kondisi operasi :
- Non isotherrmal – non adiabatis - Tekanan feed masuk 20 atm
- Suhu feed masuk 540 oC dan keluar pada suhu 550oC
2. Menentukan Bahan Kontruksi
Dalam perancangan digunakan bahan kontruksi low – alloy stell SA –
302 grade B dengan pertimbangan sebagai berikut :
- Memiliki allowable stress cukup besar - Harga relatif murah
- Tahan korosi
3. Menentukan Kondisi Umpan
Reaksi : C2H4 + C6H6 C8H10 : A B C Jenis Reaktor : Multitubular Tube Laju Alir Massa : 60374.32 kg/jam Kondisi Operasi: Suhu : 818 K
Tekanan : 20 atm
A. Menghitung BM Umpan
Untuk menghitung BM umpan digunakan persamaan : BM = ∑ ( Yi x BMi )
Komponen kmol/jam BMi Yi Yi x BMi
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun BENZEN 722.0326 78 0.833201092 64.98969 EB 0.116887 106 0.000134883 0.014298 ETILEN 144.4271 28 0.166664025 4.666593 TOTAL 866.5766 1.0000 69.67058
B. Menentukan Densitas (ρ) pada Umpan C. Menentukan
D. Menentukan Cao E. Menentukan Ca ( ) ( )
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun ( ) ( ) F. Menentukan Cb ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
G. Menghitung Volume Reaktor Diketahui :
k = 5160,7724 exp (-3181,285 /T ) m3/ kmol.kg katalis.jam
( Problems at Unit 700 Ethylbenzene Production, 1999,p.805) X CA CB -r A 1/-rA 0 0.0487 0.2435 0.347452585 2.87809055 0,2206 0.031096821 0.24160423 0.22013452 4.5426769 0,4412 0.01888257 0.23955864 0.132538048 7.54500322 0,6618 0.009911145 0.23734475 0.068924093 14.5087147 0,8825 0.003039708 0.23493975 0.020924542 47.790771
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun ∫ ( [ ])
H. Menghitung Volume Tube
Tube
Susunan tube = Triangular pitch
Bahan = tembaga
Ukuran tube :
Diameter nominal (NPS) = 8 inchi
Diameter luar (OD) = 7.981 inchi = 21.9 .10-2 m Diameter dalam (ID) = 8.625 inchi = 20,2.10-2 m
Htube = 7 m
I. Menghitung Jumlah Tube
J. Menghitung tebal shell
Jarak antar pusat pipa (PT) PT = 1,25 x OD
= 1,25 x 7.981
= 9.976 inchi = 25.339 cm
Shell
Bahan yang digunakan adalah Low alloy steel SA type 353 Ukuran Shell
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun IDs = 5 , 0 2 866 , 0 4 T P Nt
(Brownell & Young,
1979)
= 14.40 m = 567.16 inchi
Tebal shell dihitung dengan persamaan (13.1 Brownell & Young)
P f r P t i s 6 , 0 ……….(1) dengan
ts = tebal shell, inchi
P = tekanan dalam reaktor, psi ε = efisiensi sambungan ri = jari-jari dalam shell, inchi
f = tekanan maksimum yang diijinkan, psi
dengan memperhitungkan C (Corrosion allowance) maka rumus diatas menjadi C P f r P ts i 6 , 0 ……….(2)
Tekanan dalam shell
Tekanan desain 5 -10 % di atas tekanan kerja normal/absolut (Coulson, 1983)
Tekanan desain diambil 10% diatasnya, maka: PD = 1,1 x P = 1,1 x 20 atm = 22 atm = 293.919 psia Maka Ts = 4.05 inch (digunakan 4 inch)
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Direncanakan bentuk head adalah eliptical dished head dengan bahan sama dengan bahan shell. Persamaan yang digunakan untuk menghitung tebal head dari Brownell & young
4.763 (digunakan 5 inch)
L. Menghitung Tinggi Reaktor ( ) ( )
M. Menghitung volume reaktor ( Vr )
Volume reaktor ( Vr ) adalah volume vessel reaktor ditambah dengan volume kedua head. Volume reaktor dapat dihitung dengan persamaan ; Vr = Vvess + 2.Vh
Dimana Vh = 0.000049 IDs3 (brownell hal 88) + 2 1629102003
N. Menghitung Luas perpindahan panas Aliran 2 Thi=818 K Phi=20 atm Mh= 9,68454 kg/s Water Tco=323 K Pco=1 bar Subcooled Water Tci=303 K Aliran 3 Tho=313 K Phi=20 atm
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Dasar Perhitungan :
Laju alir massa umpan masuk (Mh)= 14,315 kg/s
Kalor yang dilepas oleh aliran panas (Qh)= kJ/s
a. Menentukan Laju Alir Air Pendingin
Menentukan Entalpi air pendingin Dari steam tabel diperoleh:
Hci = 112,695 kJ/kg Hco= 2800,82 kJ/kg
Kalor yang diserap oleh aliran dingin = kalor yang dilepas oleh aliran panas
Qh = Qc = kJ/s Qc = Mc x H
. kJ/s = Mc x (2800,82-112,695) kJ/kg Mc = 13,242 kg/s
b. Menentukan LMTD (Log Mean Temperature Difference)
) T T ( ) T (T ln ) T T ( ) T T ( T ci ho co hi ci ho co hi m l ) 299 313 ( ) 523 (1273 ln ) 299 313 ( ) 523 1273 ( Tlm Tlm = 184,88 K
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
Tm = 184,88 K
c. Menentukan Luas Perpindahan Panas (A)
- Koefisien perpindahan panas keseluruhan (U) untuk hidrokarbon dengan titik didih yang rendah sebesar 284 – 426 W/m2.K (Tabel 8.12 Walas, hal 196). Tebakan awal U adalah 340 W/m2.K
- Digunakan tube dengan bahan karbon steel dengan nomor BWG 16 (OD =50 mm, ID = 44,8 mm), dengan panjang tube (L) 4,88 m (Table 12.3, Coulson Vol 6 hal 520)
Q = U.A. Tm W = (340 W/m2 .K)(A)(184,88 K) A = 566,28 m2 RESUME : Kode : R-01
Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi benzen dan etilen menjadi etilbenzen.
Tipe : Fixed bed multitube Konversi : 88.25%
Tinggi reaktor : m Diameter : 14.40 m
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Volume : m3
Jumlah : 1 buah Katalis : ZSM-5
Kondisi : non adiabatis, non isothermal Tekanan : 20 atm
Suhu masuk : 818 oK Suhu keluar : 828 oK
Fase : Gas dengan katalis padat Jumlah tube : OD : 8.625 in ID : 7.981 in Sch : 40 Pitch : 9,975 in Panjang tube : 10 m F. MENARA DESTILASI Kode : KD-01
Fungsi : Memisahkan benzen dan etilbenzen. Tujuan :
1. Menentukan tipe kolom
2. Menentukan bahan konstruksi kolom destialsi 3. Menentukan jumlah plate menara
4. Menentukan dimensi utama menara
S C
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
1. Menentukan Tipe Kolom
Dalam perancangan ini dipilih jenis tray dengan pertimbangan :
Perkiraan awal diameter kolom > 3 ft
Campuran tidak bersifat korosif
Rentang batas laju alir yang cukup besar tanpa menimbulkan flooding
Jenis tray yang digunakan adalah sieve tray dengan pertimbangan :
Kapasitas uap dan cairannya besar
Pressure drop rendah, efisiensi tinggi
Lebih ringan, murah dan mudah pembuatannya
Operasi stabil
2. Menentukan Bahan Konstruksi Kolom
Dipilih bahan konstruksi jenis carbon steel SA-285 Grade A, dengan pertimbangan :
Mempunyai allowable working stress yang besar, sehingga untuk kapasitas yang sama memerlukan ketebalan bahan yang tipis Harga relatif murah
3. Menghitung Jumlah Plate
Untuk menghitung jumlah plate digunakan metode shortcut
Menghitung efisiensi tray kolom destilasi
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Light Key Component (LK) = Benzene
Heavy Key Component (HK) = Ethylbenzene Suhu puncak kolom = 416,21 oK
Suhu dasar kolom = 483,52 oK Suhu rata-rata kolom = 449,86 oK
Komponen Xi feed μi (cp) Xi. Μi
Ethylbenzene 0,9200 0,2207 0,22301 Benzene 0,0813 0,1620 0,00021 1,0000 0,22461 campuran = 0,2246 cp = 2,246.10 – 4 kg/m.s = 0,5445 lb/(ft)(jam) (LK/HK)D = D HK LK D HK LK P P K K 2,995 (LK/HK)B = B HK LK B HK LK P P K K 6,304 α avg = (αD x αB ) 2 1 = 4,345 α avg . μavg =0,975
Dari Fig. 6.16, halaman 151 ; Treyball “Mass Transfer Operations”2nd ed, diperoleh efisiensi kolom dari O’ Connel sebesar ; Eo = 0,58
Menghitung Jumlah Plate Ideal
Dari perhitungan neraca panas diperoleh harga Rmin dan R berturut-turut sebesar 0,445 dan 0,5563 0,077 1 0,445 ,445 0 0,5563 1 R Rmin R
Dari plot harga (R-Rmin)/(R+1) pada fig. 13-41 (Gilliland), Perry 6th ed. ,halaman 13-37, diperoleh harga (N-Nmin)/(N+1) sebesar 0,78
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
14 , 2 0,64 04 , 3 0,0014 log logα Xlk Xhk Xhk Xlk log Nmin avg B D Maka akan diperoleh jumlah plate ideal (N) = 13,27 plate ideal. Menghitung Jumlah Plate Aktual
Dikarenakan menggunakan reboiler parsial, dianggap sebagai 1 stage ideal.
15 , 21 0,58 1 -13,27 Eo 1 -ideal N aktual N ≈ 22
4. Menentukan Lokasi Umpan
Berdasarkan persamaan Kirk Bride ( persamaan 11.62 Coulson volume 6, page 422) 2 . log 206 , 0 log hk lk hk Xb Xb Xflk Xf D B Ns Nr Dimana : Xf lk = 0,0013 Xf hk = 0,0055 Xb lk = 0,0229 0,0863 911 , 832 907 , 71 D B Xb hk = 0,0697
2 0697 , 0 0229 , 0 0013 , 0 0055 , 0 . 0863 , 0 log 206 , 0 log Ns Nr Ns Nr = 0,503 ; Ns = 1,988 Nr Nr + Ns = 22 Nr + 1,988 Nr = 22Nr = 7,363 ≈ 8 tray dari puncak kolom
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
Penentuan diameter seksi atas menara Menghitung densitas cairan
T = 416,21 oK P = 1,2 atm Komponen Xi ρ(g/mL) Xi/ρ (g/mL) Etylbenzene 0,99748 0,75343 0,00187 Benzene 0,00139 0,74101 1,32392 1 Σ 1,32731 Densitas cairan = 0,7534 32731 , 1 1 gr/ml = 753,4 kg/m3
Menghitung Densitas Uap
T = 416,21 oK P = 1,2 atm Komp Xd Tc Pc ω Xd.Tc Xd.Pc Xd. ω (K) (bar) Ethylbenzene 0,99948 617,17 36,09 0,304 617,6155 35,9991 0,30323 Benzene 0,00139 562,16 48,98 0,211 0,78070 0,06802 0,00029 1,0000 617,0649 36,11355 0,30382
Pc, mix = 36,11355 bar = 35,6413 atm
0,9403 B B Tc R Pc B 0,7601 0,6745 0,172 0,139 T 0,172 0,139 B 0,7094 0,6745 0,422 0,083 T 0,422 0,083 B 0,6745 617,0649 416,212 mix Tc, T mix Tr, 0,0336 35,6413 1,2 mix Pc, P mix Pr, 1 0 4,2 4,2 r 1 1,6 1,6 r 0
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 3 v 3 kg/m 929 , 3 V' 1 ρ /kg m ,2545 0 6,1052 10 1,2 21 , 416 0,08205 0,9488 BMmix P T R Z V' 0,9488 Tr Pr Tc R Pc B 1 Z
Menghitung laju alir volumetric
Lo = 49.159,864 kg/jam V = 137.711,041 kg/jam
Menghitung konstanta flooding
Parameter aliran FLV dihitung dengan persamaan :
Untuk menghitung konstanta flooding (Cf) digunakan persamaan : 0,2 LV 20 σ β F 1 log α Cf
Asumsi diameter kolom antara 10 - 12 ft , maka tray spacing (ts) sebesar = 30 in = 0,762 m.
Dari tabel 6.1 hal. 133 Treyball, untuk harga FLV antara 0,01 – 0,03 α = 0,0041ts + 0,0135 = 0,0166
β = 0,0047ts + 0,068 = 0,0715
Tegangan muka campuran
Dari tabel 6-1 Carl and Yaw’s, diperoleh harga tegangan muka Komp XD Σ XD. σ /detik m 736 , 9 ρ V Q /detik m 0,0181 ρ Lo Q 3 V V 3 L L 0,0257 ρ ρ Q Q F 0,5 V L V L LV
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun EB 0,99748 17,9193 17,8741
Benzene 0,00139 12,4626 0,01731
1,0000 17,90744
Harga tegangan muka campuran (σ) = 17,9074 dyne/cm = 0,01791 N/m Maka dapat dihitung harga Cf :
0,2 0,02 0,01791 . 0,0715 0,0257 1 log 0,0166 Cf = 0,0957 m/s
Menghitung kecepatan flooding
0,5 V V L ρ ρ ρ Cf Vf = 0,5 3,929 3,929 753,4 0,095 = 1,3217 m/s
Dalam perancangan ini prosentase flooding diambil sebesar 80%, maka : Vf’ = 1,312 . 0,8 = 1,0574 m/s
Menghitung luas permukaan aktif
An = ' f V V Q = 0574 , 1 736 , 9 = 9,2075 m2
Dari Treyball, table 6-1 dirancang panjang weir = 0,7D , sehingga luas satu downspout sebesar 8,808% dari luas penampang sirkular kolom (At), maka :
2 m 097 , 10 0,08808 1 9,2075 downspout 1 An At
Menghitung diameter puncak menara
D = 0,5 0,5 14 , 3 097 , 10 4 4 At 3,586 m = 11,765 ft
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
Penentuan Diameter Seksi Bawah Menara Menghitung densitas cairan
T = 483,52 oK P = 1,71 atm Densitas cairan EB = 0,6889 4516 , 1 1 gr/ml = 688,9 kg/m3
Menghitung densitas uap
T = 483,52 oK P = 1,71 atm
Pc, mix = 27,8985 bar = 27,5336 atm
0,7338 658,8985 483,52 mix Tc, T mix Tr, 0,0621 27,5336 1,71 mix Pc, P mix Pr, 0,8096 B ω B Tc R Pc B 0,4921 0,7338 0,172 0,139 T 0,172 0,139 B 0,6094 0,7338 0,422 0,083 T 0,422 0,083 B 1 0 4,2 4,2 r 1 1,6 1,6 r 0 3 v 3 kg/m 6,2735 V' 1 ρ /kg m 0,1594 135,5338 1,71 483,52 0,08205 9315 0, BMmix P T R Z V' 0,9315 Tr Pr Tc R Pc B 1 Z
Menghitung laju alir volumetric
F = 904,818 kmol/jam V = 1.296,224 kmol/jam Lo = 463,313 kmol/jam
V’ – V = F (q-1) ; V’ = F (q-1) + V Umpan masuk kondisi cair jenuh dimana q =1
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun L’ = L + F = 463,313 + 904,818 kmol/jam = 1.368,131 kmol/jam /detik m 7,778 2735 , 6 534 , 135 224 , 296 . 1 ρ BM V' Q /detik m 0,0747 9 , 688 534 , 135 131 , 368 . 1 ρ BM L' Q 3 V V 3 L L
Menghitung konstanta flooding
Parameter aliran FLV dihitung dengan persamaan :
0,1006 6,2735 688,9 778 , 7 0747 , 0 ρ ρ Q Q F 0,5 0,5 V L V L LV
.Untuk menghitung konstanta flooding (Cf) digunakan persamaan : 2 , 0 02 , 0 1 log LV F Cf
Asumsi diameter kolom antara 10 - 12 ft , maka tray spacing (ts) sebesar = 30 in = 0,762 m.
Dari tabel 6.1 hal. 133 Treyball, untuk harga FLV antara 0,01 – 0,2 α = 0,0041ts + 0,0135 = 0,0166
β = 0,0047ts + 0,068 = 0,0715
Tegangan muka campuran
Dari tabel 6-1 Carl and Yaw’s, diperoleh harga tegangan muka
Harga tegangan muka (σ) EB = 10,91804 dyne/cm = 0,01092 N/m Maka dapat dihitung harga Cf :
0,2 0,02 0,01092 . 0,0715 0,0257 1 log 0,0166 Cf = 0,087 m/s
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
Menghitung kecepatan flooding
0,5 V V L ρ ρ ρ Cf Vf = 0,5 6,2735 6,2735 688,9 0,087 = 0,9075 m/s
Dalam perancangan ini prosentase flooding diambil sebesar 80%, maka : Vf’ = 0,9075 . 0,8 = 0,728 m/s
Menghitung luas permukaan aktif
An = ' f V V Q = 728 , 0 778 , 7 = 10,65 m2
Dari Treyball, table 6-1 dirancang panjang weir = 0,7D , sehingga luas satu downspout sebesar 8,808% dari luas penampang sirkular kolom (At), maka :
2 m 58 , 11 0,08808 1 10,65 downspout 1 An At
Menghitung diameter bawah menara
D = 0,5 0,5 14 , 3 58 , 11 4 4 At 3,84 m = 12,59 ft
Menentukan Tebal Shell dan Head
Menghitung tebal shell bagian puncak menara
Bahan konstruksi shell yang dipilih adalah karbon steel tipe SA-283 Grade A dengan spesifikasi :
Allowable stress (f) = 10350 psi Efisiensi pengelasan (E) = 0,85
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Faktor korosi (C) = 0,125 in
Persamaan yang digunakan :
C P 0,6 E f r P ts
P = 1,1 . P operasi = 1,1 . 1,2 atm . (14,696 psi/ 1 atm) = 19,398 psi Diameter puncak menara = 11,765 ft = 141,18 in
Jari-jari menara (r) = D/2 = 141,18 in /2 = 70,59 in Sehingga : in 0,281 0,125 ) 398 , 19 ( 6 , 0 85) (10350)(0, 70,59) (19,398).( ts
maka digunakan tebal shell standar 7/16 in.
Menghitung tebal shell bagian bawah
Bahan konstruksi shell yang dipilih adalah karbon steel tipe SA-283 Grade A dengan spesifikasi :
Allowable stress (f) = 10350 psi Efisiensi pengelasan (E) = 0,85 Faktor korosi (C) = 0,125 in Persamaan yang digunakan :
C P 0,6 E f r P ts
P = 1,1 . P operasi = 1,1 . 1,71 atm . (14,696 psi/ 1 atm) = 27,643 psi Diameter dasar menara = 12,59 ft = 151,08 in
Jari-jari menara (r) = D/2 = 151,08 in /2 = 75,54 in Sehingga : in 0,362 0,125 ) 643 , 27 ( 6 , 0 85) (10350)(0, 5,54) (27,643)(7 ts
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Menentukan tebal head (th)
Menghitung tebal head puncak
Bahan yang digunakan sama dengan bahan yang digunakan untuk shell, karena tekanan kurang dari 200 psi, maka dipilih head jenis torispherical dished head (Brownell, hal 88).
(OD)s = (ID)s + 2.ts
= 141,18 in + 2. 7/16 = 142,055 in Dari Brownell, table 5.7 hal 89, digunakan : OD standar = 144 in ts = 7/16 in Icr = 8 3/4 rc = 132 Icr/rc = 0,066
Karena icr/rc > 6% maka digunakan persamaan 7.77 dari Brownell hal 138. Dalam hal ini :
W = factor intensifikasi stress
= 0,25
3 3,884
1,721in icr rc 3 4 1 0,5 sehingga : in 0,251 0,125 398 , 19 2 , 0 0,85 10.350 2 1,721 132 19,398 C P 0,2 E f 2 W rc P th diambil tebal head standar 7/16 in
Menghitung tebal head bawah
Bahan yang digunakan sama dengan bahan yang digunakan untuk shell, karena tekanan kurang dari 200 psi, maka dipilih head jenis torispherical dished head (Brownell, hal 88).
(OD)s = (ID)s + 2.ts
= 151,08 in + 2. 7/16 = 151,955 in Dari Brownell, table 5.7 hal 89, digunakan : OD standar = 156 in ts = 7/16 in
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Icr = 9 3/8 rc = 144
Icr/rc = 0,0651
Karena icr/rc > 6% maka digunakan persamaan 7.77 dari Brownell hal 138. Dalam hal ini :
W = factor intensifikasi stress
= 0,25
3 3,92
1,729 in icr rc 3 4 1 0,5 sehingga in 0,516 0,125 27,643 0,2 0,85 10.350 2 1,729 144 27,643 C P 0,2 E f 2 W rc P th diambil tebal head standar 5/8 in
Menentukan tinggi menara destilasi
Menghitung tinggi head puncak menara
Dari Brownell, table 5-6, hal 88 diperoleh :
Untuk th = 7/16 in,maka diambil standar straight flange (sf) = 1,5 – 3,5 in. Diambil sf =2,5 in AB = (ID/2) – icr = (141,18/2) – 8 3/4 = 61,84 in BC = rc – icr = 132 – 8 3/4 = 123,25 in b = rc – (BC2 – AB2)0,5 = 132 – (123,25 2 – 61,84 2)0,5 = 25,386 in tinggi head = b + th + sf = 25,386 + 0,4375 + 2,5 = 28,323 in = 0,7194 m
Menghitung tinggi head dasar menara
Dari Brownell, table 5-6, hal 88 diperoleh :
Untuk th = 5/8 in,maka diambil standar straight flange (sf) = 1,5 – 3,5 in. Diambil sf = 2,5 in
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun AB = (ID/2) – icr = (151,08 /2) – 9,375 = 66,165 in BC = rc – icr = 144 – 9,375 = 134,625 in b = rc – (BC2 – AB2)0,5 = 144 – (134,625 2 – 66,165 2)0,5 = 26,747 in tinggi head = b + th + sf = 26,747 + 0,625 + 2,5 = 29,872 in = 0,758 m
Menentukan tinggi menara total
H = (Σth) + ((Nakt seksi atas – 1).ts seksi atas) + (Nakt seksi bawah . ts seksi bawah) Dalam hubungan ini :
Th = tinggi head Ts = tray spacing
N actual = jumlah plate / tray actual
H = (28,323 + 29,872) + (7 x 30 in) + (14 x 30 in) H = 688,195 in = 17,48 m
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun RESUME
Kode : KD-01
Fungsi : memisahkan benzen dari Ethylbenzene Jenis menara : tray tower (sieve tray)
Bahan konstruksi : carbon steel SA 283 grade A Jumlah plate actual : 22 buah
Lokasi umpan masuk : plate ke-8 dari atas
Rmin : 0,445
R : 0,5563
Kondisi operasi menara
Kondisi umpan : suhu : 431,19 oK tekanan : 1,644 atm Kondisi atas kolom : suhu : 416,21 oK
tekanan : 1,2 atm Kondisi bawah kolom : suhu : 483,52 oK
tekanan : 1,71 atm Dimensi kolom
Seksi atas menara
Diameter : 3,586 m (11,765 ft ) Tebal shell : 7/16 in
Tebal head : 7/16 in
Tinggi head : 28,323 in ( 0,7194 m) Tray spacing : 30 in
Seksi bawah menara
Diameter : 3,84 m (2,59 ft) Tebal shell : 7/16 in
Tebal head : 5/8 in
Tinggi menara : 688,195 in (17,48 m)
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Uap Jenuh Sub Cool Th in=416,21 K Th out=406,12 K Coolling Water Tc out=323,15 K Tc in= 303,15 K CD-03 Coolling Water Kode : CD-01
Fungsi : Mengembunkan hasil produk reaktor Tujuan :
1. Menentukan tipe kondensor 2. Menentukan bahan konstruksi
3. Menentukan spesifikasi shell dan tube
1. Menentukan tipe kondensor
Kondensor yang dipilih adalah horizontal kondensor dengan pertimbangan : - Mempunyai overall heat transfer coefficient yang relatif lebih besar bila
dibandingkan dengan vertical kondensor
- Maintenance dan struktur pendukung reatif mudah dan murah biayanya. Dalam perancangan ini dipilih HE jenis shell and tube dengan pertimbangan sebagai berikut :
- ∆P rendah
- Luas perpindahan panas > 200 ft2 2. Menentukan bahan konstruksi
Dipilih bahan konstruksi jenis Austenitic stainless steel, AISI tipe 304 dengan pertimbangan:
- Mempunyai allowable working stress yang besar CD01
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun - Mempunyai Corrosion and Heat Resisting yang bagus
- Harga relatif murah
3. Menentukan aliran fluida dalam HE Laju alir campuran cairan :
- Benzene : 140,832 kg/jam = 310,481 lb/jam - Etilen : 135,155 kg/jam = 297,965 lb/jam - Etilbenzen : 137.435,055 kg/jam = 298.583,2 lb/jam
Laju alir campuran cairan total : 137.435,055 kg /jam = 302.992,4 lb/jam Laju alir air pendingin : 308.393,667 kg/jam = 679.891,7 lb/jam
Dalam perancangan ini ditentukan :
1. Campuran cairan (fluida panas) di shell dengan pertimbangan : - Arus fluida lebih kecil dari fluida pendingin dan tidak korosif 2. Coolling Water (fluida dingin ) di tube dengan pertimbangan :
- faktor kekotorannya besar dan bersifat korosif - arusnya lebih besar
4. Menentukan spesifikasi shell dan tube
Dari neraca panas didapatkan data sebagai berikut :
Beban panas condensor: 25.823.652,158 kJ/jam = 24.476.458,04 Btu/jam Jumlah fluida dingin : 308.393,667 kg/jam = 679.891,7 lb/jam
Jumlah fluida panas : 137.435,055 kg /jam = 302.992,4 lb/jam
Menghitung ∆TLMTD
T1 = 289,51oF T2 = 271,35 oF t2 = 122oF t1 = 86 oF
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Fluida Panas Fluida dingin Selisih
289,51 Suhu tinggi 122 167,51 271,35 Suhu rendah 86 185,35 18,16 Selisih 36 17,84 F 28 , 176 185,35 167,51 ln 17,84 ΔT o LMTD 504 , 0 86 122 35 , 271 51 , 289 R 0,176 86 51 , 289 86 122 S
Dari fig. 18 hal 828 Kern : FT = 1
Δt = ΔT LMTD x FT = 1 x 176,28 = 176,28 ºF Ta = 280,43 2 35 , 271 51 , 289 o F ta = 2 86 122 104 ºF
a. Menentukan harga koefisien perpindahan panas keseluruhan
Fluida dingin : campuran uap produk atas distilasi di shell Fluida panas : coolling water di tube
Berdasarkan tabel 8 hal 840 Kern untuk jenis Fluida panas ( light organics ) dan fluida dingin ( water ), diperoleh harga overall UD = 75-150 Btu / (jam)(ft2)(oF). Dalam perancangan ini dipilih harga UD = 115 Btu / (jam)(ft2)(oF)
c. Memilih jenis ukuran pipa
Dari tabel 10 hal 843 Kern, dipilih pipa dengan kriteria : OD = 1½ in ao = 0,3925 ft2/ft
BWG = 16 ai = 1,47 in2
L = 16 ft ID = 1,12 in
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
d. Menghitung luas perpindahan panas (A)
2 LMTD D ft 27 , 262 . 1 176,28 110 ,04 24.476.458 T . U Q A
e Menghitung jumlah pipa dan diameter shell
Jumlah pipa tube (Nt)
99 , 200 16(0,3925) 1.262,271 L.ao A Nt
Dari tabel 9 hal 841 Kern dipilih heat exchanger dengan ketentuan :
Shell Tube
ID : 37 in Jumlah pipa tube : 210
Pass : 1 OD,BWG : 1 ½ in, 16
B : 33 in Pitch :17/8 in square
Jumlah crosess : 6 Pass :6
Asumsi Baffle space maksimum 37 in
Jumlah Crosses = in ft in ft 33 12 16 =5,82 ; jumlah crosses = 6
Jumlah Baffle = 6 -1 = 5 buah dengan baffle spaces sebesar 33 in dengan susunan (13,5 -33 -13,5)
f Mengkoreksi harga UD
Menghitung harga A terkoreksi A terkoreksi = Nt x L x ao
= 210 x 16 x 0,3925 = 1.318,8 ft2 Menghitung harga UD terkoreksi
LMTD terkoreksi D T . A Q U 105,285 Btu / (jam)(ft )( F) 176,28) (1.318,8)( ,04 24.476.458 2 o
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Harga UD terkoreksi ternyata mendekati harga UD trial, maka perkiraan harga UD = 110 Btu / (jam)(ft2)(oF) dapat diterima.
g. Perhitungan fluida dingin di tube
1) Menghitung flow area pipa 2 ft 0,357 6 x 144 1,47 x 210 n 144 ai Nt x at
2) Menghitung kecepatan massa dalam pipa
1.904.458,543lb/(jam)(ft ) 0,357 679.891,7 at Wt Gt 2 8,464 fps 62,5 x 3600 543 1.904.458, 3600 ρ Gt V
3) Menghitung bilangan reynold dalam pipa Pada ta = 104oF
= 0,721 cp = 1,7448 lb/(jam)(ft) ( Fig.14 Kern, D.Q page-823)
833 , 873 . 101 ) 7448 , 1 ( ) 543 , 458 . 904 . 1 )( 12 / 12 , 1 ( μ Gt Dt x Ret
4) Menghitung harga hi dan hio Dari fig 25 hal 835 Kern hi = 630 x 0,9 = 567 F) )( ft Btu/(jam)( 423,36 1,5 1,12 x 567 OD ID x h hio i 2 o
h. Perhitungan fluida panas di shell
1) Luas aliran di dalam shell
T s P x 144 B x C' x ID a
Dalam hubungan ini C’ = jarak antar tube
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Asumsi baffle space max = ID shell = 33 in
2 s 1,695ft 1,875 x 144 33 x 0,375 x 37 a
2) Menghitung kecepatan massa di shell
) (jam)(ft lb/ 578 , 756 . 178 1,695 302.992,4 as Ws Gs 2 t) lb/(jam)(f 555,452 (16)(210) 302.992,4 L.Nt W G" 3 2 3 2
Asumsi h =ho = 400 Btu/jam.ft2.oF Pada Ta = 280,43 ºF ta) (Ta hio ho ho ta tw (280,43 104) 189,712 F 423,36 400 400 104 o F 35,071 2 2 189,712 280,43 2 tw) (Ta tf o
Dari tabel 22-1 hal 483 Yaws, diperoleh data :
k EB = 0,0201 W/m oK = 0,0116 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) k Benzene = 0,0202 W/m oK = 0,0117 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) k Etilen = 0,0216 W/m oK = 0,0125 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) kf = 0,02008 W/m oK= 0,01161 Btu/(jam)(ft2)(oF/ft) s EB = 0,867 s Benzene = 0,879 s Etilen = 0,866 sf = 0,867 EB = 0,0945 cp = 0,2287 lb / (ft) (hr) Benzene = 0,133 cp = 0,322 lb / (ft) (hr)
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun
Etilen = 0,1205 cp = 0,292 lb / (ft) (hr)
f = 0,09455 cp = 0,229 lb / (ft) (hr)
Dari fig. 12.9 hal 267 Kern, diperoleh h = ho = 350
Harga H yang diperoleh dari perhitungan berbeda dengan harga asumsi tetapi mendekati nilainya.Untuk mendapatkan harga yang tepat dengan asumsi h yang baru sehingga diperoleh dari perhitungan dijadikan harga asumsi yang baru.Kemudian tw dan tf diperoleh yang berebda akan didapatkan. Tetapi hal ini tidak perlu dilakukan karena pada harga tw dan tf yang bedanya relatif kecil, sifat fisis kondesat relatif sama ( kf ,µf , ρf sama) oleh karena itu harga h yang diperoleh dari perhitungan ini dapat langsung dipakai.
i. Menghitung clean overall coefficient (Uc)
F) )( ft Btu/(jam)( 6 , 191 350 423,36 350 x 423,36 h h h x h Uc 2 o o io o io
j. Menghitung faktor kekotoran (Rd)
0,00427 5,285) (191,6)(10 105,285 191,6 .U U U U Rd D C D C
k. Menghitung pressure drop di tube (∆PT)
Untuk Re = 101.873,833
Dari fig 26 hal 836 Kern didapat f = 0,00012
t .D.s. 5,22.10 .L.n f.Gt ΔPt 10 2 8,51psi 1)(1) )(0,0933)( (5,22.10 (16)(6) 543) 1.904.458, (0,00012)( 10 2 2.g' V s 4n ΔP 2 r
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 0,0037 0,089 psi 1 6 x 4 ∆PT = ∆Pt + ∆Pr = 8,51 + 0,089 = 8,604 psi
l. Menghitung pressure drop di shell (∆Ps)
Pada Ta = 280,43 oF vapor = 0,229 lb/(ft)(jam) De = 1,08/12 = 0,09 ft 677 , 253 . 70 229 , 0 ) 578 , 756 . 178 )( 09 , 0 ( μ De.Gs Res
Dari fig 29 hal 839 Kern didapat f = 0,0015 Jumlah crosses = N+1 = 12 x 16 / 33 = 5,82 ≈ 6 Pada Ta = 280,43 oF : ρcampuran = 0,877 gr/ml = 54,75 lb/ft3 s = 0,876 5 , 62 75 , 54 De.s 5,22.10 1) .Ds(N f.Gs . 2 1 ΔPs 10 2 0,12psi 876) )(0,09)(0, (5,22.10 (3,08)(6) ) 78.756,578 (0,0015)(1 . 2 1 10 2 SUMMARY
Shell side Tube side
350 h outside (Btu/jam.ft2.oF) 423,36 UC = 191,6 Btu/jam.ft2.oF UD = 105,285 Btu/jam.ft2.oF Rd = 0,00427 0,12 ∆P perhitungan (psi) 8,604 2,0 ∆P diijinkan (psi) 10,0
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun H. KOMPRESOR ETILEN
Kode : K-01.
Fungsi : Menaikkan tekanan gas Etilen dari tekanan 1 atm hingga 20 atm.
Tujuan : - Memilih Jenis Kompresor.
- Menentukan Jumlah Stage Kompresor.
- Menghitung suhu dan tekanan keluar Kompresor tiap stage. - Menghitung Tenaga Kompresor.
Memilih jenis Kompresor.
Tin Pin
Tout
Pout
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Kompresor yang digunakan adalah kompresor sentrifugal dengan pertimbangan sebagai berikut :
Kompresor sentrifugal umum digunakan di industri kimia. Pada dasarnya kompresor ini memiliki volume mesin yang besar. Kompresor sentrifugal tersedia/dapat digunakan untuk menaikkan tekanan hingga lebih dari 5.000 lb/in2.gauge.
Dapat digunakan untuk kapasitas 1.000 – 150.000 ACFM (Actual ft3/menit). Penggunaan kompresor sentrifugal menjadi tidak ekonomis, bila volume suction dibawah 2.000 ACFM dan volume discharge dibawah 500 ACFM. Volume maksimum adalah 150.000 ACFM. Kompresor ini tidak mengotori gas kompresi oleh minyak pelumas. Efisiensi kompresor sentrifugal berkisar antara 68 – 76 %.
Biaya perawatan kompresor ini rendah.
Dalam operasinya membutuhkan biaya awal lebih rendah dibanding kompresor reciprocating.
Kapasitas dari kompresor sentrifugal dapat dikontrol dengan mengatur kecepatan, mengurangi tekanan pada bagian suction, dan dengan mengatur pengendali vane pada bagian inlet.
Kompresor sentrifugal dapat digunakan untuk gas yang mengandung padatan maupun cairan. Umumnya beberapa kompresor tidak dapat digunakan pada kondisi tersebut.
Konstruksinya sederhana.
( Sumber : John J. McKetta, volume 10, 1979 ). Menghitung tenaga Kompresor.
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Untuk menghitung tenaga kompresor digunakan persamaan :
1 1 n n in out in P P M ZxRxT
W ( Pers 3.31 hal 73 Coulson )
Tenaga kompresor p E Work Politropik ( hal 79 Coulson)
Dalam hubungan ini :
W = Tenaga politropik kompresor, kJ/kmol Z = Faktor kompresibilitas.
R = Konstanta gas ideal (8,314 kJ/kmol-K). Tin = Suhu gas masuk kompresor stage 1, K. M = Berat molekul gas, kg/kmol.
Pin = Tekanan gas masuk kompresor stage1, atm. Pout = Tekanan gas keluar kompresor stage 2, atm. Ep = Efisiensi politropik.
Menghitung Tmean dan Pmean
K 312,963 2 322,776 303,15 2 T T T in out m ean atm 18,5 2 21 16 2 P P P in out m ean
Dari perhitungan neraca panas didapatkan Ep = 0,67 Cp campuran pada Tmean = Cpi .Xi
= Cp EB.X EB+ CpBenzen.XBenzen+CpEtilen.XEtilen
= ( 36,258 x 0,003 ) + ( 44,310 x 0,002 ) + (53,863 x 0,995 ) = 53,792 kJoule/kmol.K 183 , 1 8,314 53,792 53,792 R Cp Cp γ
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun Menghitung nilai m dan n
231 , 0 ) 67 , 0 )( 183 , 1 ( ) 1 183 , 1 ( γ.Ep 1 γ m 3 , 1 231 , 0 1 1 m 1 1 n Menghitung BM campuran gas: M = Xi . BMi
= ( X EB .BM EB ) + ( XBenzen . BM Benzen ) + ( X Etilen . BM Etilen )
= (0,003 x 16,04) + (0,02 x 30,07) + ( 0,995 x 28,05 ) = 28,018 kg/kmol
Menghitung Z campuran
Komponen X Tc (K) Pc (atm) Xi.Tc Xi.Pc Xi.
Benzen 0,003 190.58 45,438 0,011 0,57173 0,13631 0.00003 EB 0,002 305.42 48,162 0,099 0,61068 0,09630 0.00020 Etilen 0,995 282.36 49,662 0,085 280,948 49,413 0.08458 1,000 282,131 49,646 0.08481 109 , 1 131 , 282 963 , 312 .Tc X T Tr i i mean
373 , 0 646 , 49 5 , 18 .Pc X P Pr i i mean
Dari harga Tr dan Pr menurut gambar 3.11 Smith Van Ness maka digunakan generalized virial koefisien.
275 , 0 109 , 1 0,422 0,083 B Tr 0,422 0,083 B 1,6 o 1,6 o 0276 , 0 1,109 0,172 0,139 B Tr 0,172 0,139 B 4,2 1 4,2 1
Prarancangan Pabrik Ethilbenzene Kapasitas 100.000 ton/tahun 0,27267 -276) 0,0841(0,0 0,275 -ω.B B RTc BPc o 1 0,9083 1,109 0,373 ) 27267 , 0 ( 1 Z Tr Pr RTc BPc 1 Z
Menghitung power kompresor
1 P P M Z.R.T W n 1 n in out in 1 16 21 28,018 15) ,314)(303, (0,9083)(8 W 1,3 1 1,3 = 5,292 kJ / kmol Ep work politropik kompresor Power 7,898 kJ/kmol 0,67 5,292
Umpan masuk = 23.947,594 kg/jam = 854,721 kmol/jam
kmol/jam 854,721 x detik/jam 3600 kJ/kmol 7,898 kompresor Power = 1,875 kW = 2,515 HP RESUME KOMPRESOR UDARA PROSES
Jenis Kompresor Centrifugal
Jumlah Stage 2
Power
