LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA. Tabel A.2. Simbol di dalam perhitungan neraca massa & neraca panas

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Tabel A.2. Simbol di dalam perhitungan neraca massa & neraca panas

Komponen Lambang

Stirena Etil Benzena Polibutadiena Benzoil Peroksida

High Impact Polystyrene

S EB PB BP HIP

Perhitungan neraca massa berdasarkan ketentuan-ketentuan berikut : Kapasitas produksi adalah 22.000 ton/tahun

Pabrik beroperasi selama 330 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Maka kapasitas produksi pabrik perhari adalah : Kapasitas produksi = tahun ton 1 000 . 22 x hari tahun 330 1 x ton kg 1 1000 x jam hari 24 1 = 2777,79 kg/jam

1. Neraca massa di sekitar Mixer 1 (M-01)

Fungsi : Untuk mencampur Stirena dengan Etil Benzena. S = ? F = 2411,48 kg/jam 12 EB = ? S = 84% F EB= 0,4% F S1 1 3 S = ? EB= 15,60 % F 2 EB = ?

Massa bahan baku masuk ke dalam tangki pencampuran adalah 2411,48 kg/jam,

Komposisi penyusunnya adalah:

Mixer

1 (M-01)

(2)

Alur 1 + Alur 2 yaitu :

Alur 1

F1W1 Stirena = 84,0 % x 2411,48 kg = 2025,52 kg Diketahui stirena mempunyai impuritas sebanyak 0,4% Etil Benzena

( Prausnitz, 1991) F1W1 Etil Benzena = 0,004 / 0,996 x F1W1 Styrene

= 0,004 / 0,996 x 2025,52 kg = 8,14 kg

Alur 2

F2W2 Etil Benzena = 15,60 % x kapasitas bahan baku = 15,60 % x 2411,48 kg = 377,82 kg

Alur 3

F3W3 Stirena = F6W6 Stirena F3W3 Etil Benzena = F6W6 Etil Benzena

2. Neraca massa di sekitar Mixer (M-02)

Fungsi : Untuk mencampurkan hingga homogen Stirena, Etil Benzena dan

Polibutadiena. 5 PB = PB6 S = S6 4 5 6 S = 1,299 HIP9 EB = EB6 PB = 0,33 S7 EB = 40 % F7 Alur 5 F5W5 Polibutadiena = F6W6 Polibutadiena Mixer 2 (M-02)

(3)

Alur 6

F6W6 Stirena = F7W7 Stirena F6W6 Etil Benzena = F7W7 Etil Benzena F6W6 Polibutadiena = F7W7 Polibutadiena

3. Neraca massa di sekitar Reaktor (R)

Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi polimerisasi stirena dengan polibutadiena membentuk High Impact Polystyrene dimana konversi terjadi sebesar 85%. Alur 7 Reaksi : [ CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH ] + CH=CH Polimeriasi (Polibutadiena) (Stirena) CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH CH CH n

High Impact Polystyrene

Stokiometri (berdasarkan persen berat) : Berat molekul Styrene : 104,14

Berat molekul Polybutadiena : 159 Berat molekul HIP :

Berdasarkan persen berat, kemurnian HIP adalah 98,0 % dari total berat produksi. (U.S. Patent, 1983)

n HIP = 2777,79 x 0,98

= 2722,23 kg = 2722230 gram n HIP = gr/Mr

(4)

=

200000 2722230 = 13,61 mol

Diketahui : Konversi reactor 85,0 %

Koefisien reaksi = 18,08 kmol/jam (U.S. Patent, 1983) Mol reaksi dalam reaktor =

n in = X SR r(−τ ) n in = 85 , 0 ) 1 ( 08 , 18 n in = 21,27 kmol/Jam WS = 21,27 x 104,14 WS = 2214,99 kg WPB = 0,33 stirena = 0,33 (2214,99) = 730,95 kg WEB = 0,4{WS+ WEB + WPB+ WBP + WHIP } = 2564,95 kg 8 BP = 0,004 S7 S = 1,299 HIP9 S = 10,5 % S7 PB = 0,33 S7 7 9 EB = EB7

EB = 40 % F7 HIP = 98% Total Produksi

Kemurnian HIP = 98% berat total produksi (U.S. Patent, 1983)

F7W7HIP = 0,98 x 2777,79 kg = 2722,23 kg

Diketahui : Konversi reaktor = 85% massa stirena

Massa polibutadiena masuk reaktor (R) = 0,33 W stirena Massa Benzoil Peroksida masuk reaktor (R) = 0,004 W stirena

Massa Etil Benzena yang masuk reaktor = 40% massa total

direaktor (U.S. Patent, 1983)

Reaktor (R-01)

(5)

Maka :

F5W5 Polibutadiena = F7W7 Polibutadiena = 730,95 kg F3W3 Stirena = F7W7 Stirena = 2214,99 kg

F3W3 Etil Benzena = F7W7 Etil Benzena = 2564,95 kg

Alur 8

Diketahui : Massa Benzoil Peroksida masuk reaktor (R) = 0,004 W stirena F6W6 Benzoil Peroksida = 0,004 F7W7 S

= 0,004 (2214,99) kg = 8,86 kg

Alur 9

F9W9HIP = 98% berat total produksi (U.S. Patent,1983) F9W9HIP = 0,98 x 2777,79 kg = 2722,23 kg F9W9EB = F7W7EB = 2564,95 kg F9W9S = 10,5 % massa F7W7 S = 0,105 (2214,99) = 232,57 kg Alur 10 F10W10 Stirena = F9W9 Stirena = 232,57 kg F10W10 Etil Benzena = F9W9 Etil Benzena = 2564,95 kg F10W10 HIP = F9W9 HIP = 2722,23 kg

4. Neraca massa di sekitar Devolatilizer

Fungsi : Memisahkan sisa pereaktan dengan produk High Impact Polystyrene berdasarkan titik didihnya.

S = 232,57 kg 10 13 S = ? EB = 2564,95 kg EB = ? HIP = 2722,23 kg HIP = ? 11 S = ? EB = ? Devolatilizer (DV)

(6)

Alur 11 Persamaan Antoine : Ln(Pi) = A -

(

T C

)

B + Rumus Kesetimbangan : Ki = i i x y = P P_io xi = ) 1 ( L Ki L Zi − +

Dimana : Pi = tekanan parsial

T = temperature operasi (K) A,B,C = konstanta Antoine

Ki = Konstanta kesetimbangan zat i yi = fraksi mol zat i dalam fase uap xi = fraksi mol zat i dalam fase cair Zi = fraksi mol zat i dalam umpan L = fraksi mol umpan yang mencair P = tekanan total Konstanta Antoine : Komponen A B C Stirena Etil Benzena 16,0193 16,0195 3328,57 3279,47 -59,95 -63,72 (Rosenberger,1983) P operasi = 0,5 atm = 7,35 psi

T operasi = 410 K = 278,9 oF

 Dari persamaan Antoine pada suhu 410 K, didapatkan : • P Stirena = 297,17 mmHg = 5,75 psi

K Stirena = 0,782

• P Etil Benzena = 389.32 mmHg = 7.53 psi K Etil Benzena = 1.024

(7)

F10W10 HIP = 2722,23 kg F10W10 S = 232,57kg

= 232,57 kg/ 104,14 kg/kgmol = 2,23 kgmol F10W10EB = 2564,95 kg

= 2564,95 kg/ 106 kg/kgmol = 24,20 kgmol Σ (massa zat i)volatil = F8W8 S+ F8W8EB = 2797,52 kg Σ (mol zat i)volatile = mol S + mol EB = 26,43 kgmol ZS10 = 2,23 / 26,43 = 0,08

Z EB10 = 24,20 / 26,43 = 0,92 Dengan Trial di dapat L = 0,15 dan V = 0,85

Komponen K Y X Styrene 0,782 0,08 0,1 Ethyl Benzene 1.024 0,92 0,9 1,00 1,00 Σ

F11W11HIP = 0 kg (tidak ada yang teruapkan) F11W11S + F11W11EB = V x Σ (massa zat i)volatil

= 0,85 x 2797,52 kg = 2377,89 kg F11W11 Stirena = 0,08 x 2377,89 kg = 191,07 kg F11W11 Etil Benzena = 0,92 x 2377,89 kg = 2187,83 kg

Alur 12

F12W12 Stirena = F11W11 Stirena = 191,07 kg F12W12 Etil Benzena = F11W11 Etil Benzena = 2187,83 kg

Alur 13

F14W14HIP = F10W10HIP = 2722,23 kg

F14W14S + F14W14EB = L x Σ (massa zat i)volatil = 0,15 x 2797,52 kg = 419,63 kg F14W14Stirena = 0,10 x 419,63 kg = 41,86 kg F14W14Etil Benzena = 0,90 x 419,63 kg = 376,76 kg

(8)

Alur 14

F15W15Stirena = F14W14 Stirena = 41,86 kg F15W15 Etil Benzena = F14W14 Etil Benzena = 376,76 kg F15W15 HIP = F14W14 HIP = 2722,23 kg

5. Neraca massa di sekitar Rotary Dryer

Fungsi : Untuk mengeringkan Kristal HIP dari kandungan 13% filtrat menjadi

2% filtrat. S = 41,86 kg 14 16 S = ? EB = 376,76 kg EB = ? HIP = 2722,23 kg HIP = 2722,23 kg 15 S = ? EB = ? Alur 15

Efisiensi pengeringan ± 86,7 % (U.S. Patent, 1983) F10W10S = 0,867 x F15W15 S = 0,867 x 41,86 = 36,3 kg F10W10EB = 0,867 x F15W15 EB = 0,867 x 376,76 = 326,77 kg Alur 16 F17W17HIP = 0,98 x 2777,79 kg = 2722,23 kg F17W17S = F15W15 S - F16W16 S = 41,86 – 36,3 = 5,56 kg F17W17EB = F15W15EB - F16W16EB = 376,76 – 326,77 = 50 kg Rotary Dryer (RD)

(9)

1. Tangki Penyimpanan Stirena (T-01)

Fungsi : Sebagai tampat penyimpanan stirena untuk kebutuhan selama 30 hari.

Jenis : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup elliptical dished Kondisi Penyimpanan : P = 1 atm = 14,696 Psia ; T = 30oC a. Ukuran tangki

Massa Stirena = 44193,12kg/hari x 30 hari = 1325793,60 kg ρ Stirena = 909,4 kg/m3 = 56,5 lb/ft3 Volume = ₃ / 4 , 909 60 , 1325793 m kg kg = 1457,9 m3 Faktor keamanan = 20%

Volume tangki = 1,2 x volume tangki

= 1457,9 m3 x 1,2 = 1749,48 m3 Direncanakan menggunakan tangki sebanyak 1 buah. Volume silinder (Vs) =

4 π

D2 . Hs

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki ; Hs : D = 5 : 4 Perbandingan tinggi Elipsondal dengan diameter tangki ; T : D = 1 : 4 Volume silinder (Vs) = 4 π D2 . 5/4 D = 0,9812 D3 Volume tutup (Vn) = 24 14 , 3 D3 = 0,13083 D3 Volume tangki = Vs + Vn 1749,48 m3 = 0,9812 D3 + 0,13083 D3

(10)

D3 = 1573,23 m3

D = 11,63 m = 38,16 ft

Tinggi tangki (HS) = 5/4 D = 5/4 x 11,63 = 14,54 m = 47,70 ft Tinggi tutup tangki (Hn) = ¼ D = ¼ x 11,63 = 2,91 m = 9,55 ft Tinggi cairan dalam tangki (HI) :

HI = 4 ₂ D V π = 2 64 , 11 14 , 3 48 , 1749 4 x x = 16,5 m = 54,13 ft b. Tekanan design (P) = 144 ) 1 (Hs− ρ = 144 ) 1 4 , 47 ( 5 , 56 − = 18,2 psia c. Tebal Tangki :

Bahan tangki direncanakan carbon steel SA 283 grade C (Brownell&young,1979)

Allowed stress (S) = 12.650 psia Efisiensi sambungan (E) = 85 % Faktor korosi (C) = 0,125 in/thn Umur alat = 15 tahun

Tebal plat minimum (t) = ( ) 6 , 0 P c n SE PR ⋅ + − dimana R = D/2(McCetta,1993) (12650 0,8) (0,6 20,6381) (0,01 15) ) 2 / 3079 , 37 ( 6381 , 20 x x x psi in + − =

(

)

) 2 , 18 6 , 0 ( ) 85 , 0 12650 ( 2 / 12 19 , 38 2 , 18 x x in x x − + (0,125 x 15) = 1 in

Dari tabel 5.4, Brownell, 1979, digunakan plat tangki dari carbon stell dengan ketebalan standard = 1 in.

2. Pompa Stirena (P-01)

Fungsi : Memompa stirena menuju tangki pencampuran (T-03)

Jenis : Pompa Sentifugal

Jumlah : 1 unit

(11)

Laju alir massa = 2033,66 kg/jam = 1,34 lbm/detik (Neraca Massa)

Densitas = 909,4 kg/m3 = 56,5 lb/ft3 Viskositas = 4,586 x 10-4 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q =

ρ F = ₃ / 5 , 56 det / 34 , 1 ft lb lb m m = 0,02 ft3/det 1.

a. Diameter pipa ekonomis, De:

Perencanaan Pompa

De = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Timmerhaus, 1980) = 3,9 (0,02) 0,45(56,5)0,13

= 1,13 in

• Dari App. C-6a, Foust, 1983, dipilih: - Jenis pipa : Carbon steel, sch.40

- Diameter nominal = 11/4 in = 0,104 ft

- Diameter dalam (ID) = 1,38 in = 0,115 ft = 0,035 m - Diameter Luar (OD) = 1,66 in = 0,138 ft

- Luas penampang pipa dalam (Ai) = 0,01040 ft2 2.

Kecepatan Rata-rata fluida, V: Pengecekan Bilangan Reynold, Nre

V= Ai Q = 01040 , 0 02 , 0 = 1,923 ft/s NRe = µ ρVD = 0004586 , 0 ) 115 , 0 )( 923 , 1 )( 5 , 56 ( = 27245,29 (Turbulen) Jenis aliran adalah aliran Turbulen

Untuk komersial steel : ε = 4,6 x 10-5

m (Geankoplis, 1983) Kekasaran relative, D ε = 035 , 0 10 6 , 4 x −5 = 0,00131 m

Dari App. C-3, Foust, 1980 untuk nilai NRe = 27245,29 diperoleh : ƒ = 0,0225

(12)

3. Menentukan panjang ekivalen total pipa Kelengkapan Pipa ;

, ΣL

 Panjang pipa lurus, L1 = 70 ft

 1 buah gate valve fully open (L/D = 13) (App.C-2a Foust, 1980) L2 = 1 x 13 x 0,0874 ft = 1,1362 ft

 2 buah elbow standar 90o

C(L/D = 30) (App.C-2a Foust, 1980) L3 = 2 x 30 x 0,0874 ft = 5,244 ft

 1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 23) (App.C-2c; C-2d

Foust, 1980)

L4 = 1 x 23 x 0,0874 ft = 2,0102 ft

 1 buah sharp edge exit (K= 1 ;L/D= 49) (App.C-2c; C-2d Foust,

1980) L5 = 1 x 49 x 0,0874 ft = 4,2826 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 70 + 1,1362 + 5,244 + 2,0102 + 4,2826 = 82,673 ft 4. Menentukan friksi ΣF = , ΣF D gc L fV ⋅ ⋅ Σ 2 4 2 (Pers.2.10-6 Geankoplis,1983) = ) 115 , 0 )( / 174 , 32 ( 2 ) 673 , 82 ( ) / 923 , 1 )( 0225 , 0 ( 4 2 2 ft s lb ft lb ft s ft f m⋅ ⋅ = 3,718 ft.lbf/lbm 5. Kerja yang diperlukan,

Laju alir masuk = laju alir keluar ∆V = 0 -Wf

Tinggi pemompaan ∆z = 12 ft

Tekanan masuk = tekanan keluar ∆P = 0

Kerja poros pompa = 0

. 2 2 = + Σ + ∆ + ∆ + ∆ wf F pP gc g Z gcα ρ υ (Pers 2.7-28, Geankoplis, 1983) -wf = 0+12+0+3,718=15,718ft⋅lb_f /lb_m 6. Daya Pompa, Ws = Ws 550 ρ ⋅ ⋅ −wf Q

(13)

= hp s lb ft ft lb ft lb lb ft f m m f 1 / 550 ) / 5 , 56 det)( / 02 , 0 )( / 718 , 15 ( 3 3 ⋅ ⋅ = 0,032 hp Effisiensi pompa 75% Daya aktual motor =

75 , 0 032 , 0 (Pers.2.7-30 Geankoplis, 1983) = 0,042 hp

Digunakan pompa yang berdaya = 120 hp 3. Tangki Penyimpanan Etil Benzena (T-02)

Fungsi : Sebagai tampat penyimpanan Etil Benzena untuk kebutuhan selama 30 hari.

Jenis : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup elliptical dished Kondisi Penyimpanan : P = 1 atm = 14,696 Psia ; T = 30oC b. Ukuran tangki

Massa Etil Benzena = 8243,28kg/hari x 30 hari = 247298,4 kg ρ Etil Benzena = 858,3 kg/m3 = 53,59 lb/ft3 Volume = ₃ / 3 , 858 4 247298 m kg kg = 288,13 m3 Faktor keamanan = 20%

Volume tangki = 1,2 x volume tangki

= 288,13 m3 x 1,2 = 345,76 m3 Direncanakan menggunakan tangki sebanyak 1 buah. Volume silinder (Vs) =

4 π

D2 . Hs

(14)

Perbandingan tinggi Elipsondal dengan diameter tangki ; T : D = 1 : 4 Volume silinder (Vs) = 4 π D2 . 5/4 D = 0,9812 D3 Volume tutup (Vn) = 24 14 , 3 D3 = 0,13083 D3 Volume tangki = Vs + Vn 345,76 m3 = 0,9812 D3 + 0,13083 D3 D3 = 310,93 m3 D = 6,77 m = 22,21 ft Tinggi tangki (HS) = 5/4 D = 5/4 x 6,77 = 8,46 m = 27,76 ft Tinggi tutup tangki (Hn) = ¼ D = ¼ x 6,77 = 1,69 m = 5,54 ft Tinggi cairan dalam tangki (HI) :

HI = 4 ₂ D V π = 2 77 , 6 14 , 3 76 , 345 4 x x = 9,61 m = 31,53 ft b. Tekanan design (P) = 144 ) 1 (Hs− ρ = 144 ) 1 76 , 27 ( 59 , 53 − = 9,96psia c. Tebal Tangki :

Bahan tangki direncanakan carbon steel SA 283 grade C (Brownell&young,1979)

Allowed stress (S) = 12650 psia Efisiensi sambungan (E) = 85 % Faktor korosi (C) = 0,125 in/thn Tebal plat minimum (t) = ( )

6 , 0 P c n SE PR ₊ _⋅ − dimana R = D/2

(15)

=

(

0,125 15

)

) 96 , 9 6 , 0 ( ) 85 , 0 12650 ( 2 / 12 21 , 22 96 , 9 x x x x x + − = 2 in

Dari tabel 5.4, Brownell, 1979, digunakan plat tangki dari carbon stell dengan ketebalan standard =2 in.

4. Pompa Etil Benzena (P-02)

Fungsi : Memompa Etil Benzena menuju tangki pencampuran (T-03)

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi : Commercial Steel

Densitas = 858,3 kg/m3 = 53,59 lbm/ft3 Viskositas = 3,966 x 10-4 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik, Q =

Perencanaan Pompa

De = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Timmerhaus, 1980) = 3,9 (0,00392) 0,45(53,59)0,13

= 0,5405 in

Dari App. C-6a, Foust, 1983, dipilih: - Jenis pipa : Carbon steel, sch.40

- Diameter nominal = ¾ in = 0,0625 ft

(16)

2.

, ΣL

 Panjang pipa lurus, L1 = 70ft

 1 buah gate valve fully open (L/D = 13) (App.C-2a Foust, 1980) L2 = 1 x 13 x 0,0518ft = 0,6734 ft

C(L/D = 30) (App.C-2a Foust, 1980) L3 = 2 x 30 x 0,0518ft = 3,108 ft

 1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 18) (App.C-2c; C-2d Foust, 1980) L4 = 1 x 18 x 0,0518 ft = 0,9324 ft

 1 buah sharp edge exit (K= 1 ;L/D= 39) (App.C-2c; C-2d Foust, 1980) L5 = 1 x 39 x 0,0518 ft = 2,0202 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 70 + 0,6734 + 3,108 + 0,9324 + 2,0202 = 76,734 ft 4. Menentukan friksi ΣF = , ΣF D gc L fV ⋅ ⋅ Σ 2 4 2 (Pers.2.10-6 Geankoplis,1983) = ) 0209 , 0 )( / 174 , 32 ( 2 ) 734 , 76 ( ) / 057 , 1 )( 034 , 0 ( 4 2 2 ft s lb ft lb ft s ft f m⋅ ⋅ = 8,67 ft.lbf/lbm

(17)

5. Kerja yang diperlukan,

. 2 2 = + Σ + ∆ + ∆ + ∆ wf F pP gc g Z gcα ρ υ (Pers 2.7-28, Geankoplis, 1983) -wf = 0+12+0+8,67=20,67ft⋅lb_f /lb_m 6. Daya Pompa, Ws = Ws 550 ρ ⋅ ⋅ −wf Q = hp s lb ft ft lb ft lb lb ft f m m f 1 / 550 ) / 59 , 53 det)( / 00392 , 0 )( / 67 , 20 ( 3 3 ⋅ ⋅ = 0,0079 hp Effisiensi pompa 75% Daya aktual motor =

Digunakan pompa yang berdaya = 120hp

5. Mixer 1 (M-01)

Fungsi : Untuk mencampur Stirena dengan Etil Benzena. Bentuk : Tangki berpengaduk flat six blade open turbine

dengan tutup dan alas ellipsoidal. Bahan : Stainless Steel A-283-54 grade C

Jumlah : 1 Unit

Kondisi Operasi

Temperatur : 30 oC

Tekanan : 1 atm

Kebutuhan Perancangan : 1 hari

- Laju massa larutan : 104289,3 kg/hari

(18)

1.

a. Volume Tangki, VT: Menentukan ukuran tangki

Volume = ₃ / 3 , 881 / 104289,3 m kg hari kg = 118,34 m3 Faktor keamanan, fk = 20 % Volume tangki = 1,2 x 118,34 m3 = 142 m3 b. Diameter Tangki dan Tinggi Tangki :

Direncanakan : - Tinggi silinder : Diameter (HS:D) = 2 : 1 V = ¼ π D2 H 142 m3 = ¼ π D2 (2/1 D) D = 4,49 m = 176,77 in H = 8,98 m 2. a. Tebal shell :

Menentukan tebal shell dan tutup tangki

Bahan yang digunakan adalah Stainless Steel, dimana:

 Allowable Working Stress (S) = 12650 psia (Brownell, 1979)  Efisiensi sambungan (E) = 0,8 (Brownell, 1979)  Faktor korosi = 0,13 - 0,5 mm/tahun (Perry, 1997) Diambil = 0,01 in/tahun

 Umur alat = 15 tahun

 Tekanan Operasi = 1 atm = 14,7 psia Tinggi Cairan dalam Tangki, h =

2 4 1 D Volume π = 2 ) 49 , 4 ( 4 1 142 π = 8,97 m = 29,43 ft Tekanan Hidrostatis = g P g h c + ⋅ ⋅ 144 ) ρ = 14,7psia 144 ) 1 ) 43 , 29 )( 54,8 ( + ⋅ = 25,9 psia Faktor keamanan 20 %; Pd = 1.2 x 25,9 = 31,08 psia

(19)

Tebal dinding silinder t = ( ) 6 , 0 P c n SE PR ⋅ + − dimana R = D/2 (McCetta,1993) = (0,01 15) ) 07 , 31 6 , 0 ( ) 8 , 0 12650 ( ) 2 / 77 , 176 ( 08 , 31 x x psiax in + − = 0,42 in

Dari tabel 5.4, Brownell, 1979, dipilih tebal tangki standar 1/2 in. c. Tebal Tutup

Tebal tutup dianggap sama dengan tebal shell karena terbuat dari bahan yang sama = ½ in.

3.

Jenis pengaduk : flat six blade open turbine (turbin datar enam daun)

Penentuan pengaduk

Kecepatan putaran (N) = 57 rpm = 0,95 rps Efisiensi motor = 80%

Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut :

Da : Dt = 1 : 4 W : Dt = 1 : 20 C : Dt = 1 : 4 L : Dt = 1 : 4 4 baffle : J : Dt = 1 : 10 Dimana : Da = Diameter pengaduk

Dt = Diameter tangki

W = Lebar daun pengaduk (blade) C = Jarak pengaduk dari dasar tangki J = Lebar baffle

L = Panjang daun pengaduk (blade) Jadi :

Diameter pengaduk (Da) = 1/4 D = 1/4 x 3 m = 0,75 m Lebar daun pengaduk (W) = 1/20 x Dt = 1/20 x 3 m = 0,15 m Tinggi pengaduk dari dasar (C) = ¼ x Dt = ¼ x 3 m = 0,75 m Panjang daun pengaduk( L) = 1/16 x Dt = 1/16 x 3 m = 0,19 m Lebar baffle (J) = 1/10 x Dt = 1/10 x 3 m = 0,30 m

(20)

Bilangan Reynold, NRe = µ ρ 2 ) (Da N = ₄ 2 10 . 191 , 1 ) 75 , 0 )( 95 , 0 )( ,8 54 ( − = 2458753,15

NRe > 10.000, maka perhitungan pengadukan menggunakan rumus: Dari figure 3.4-4 (Geankoplis, 1993), untuk pengaduk jenis flat six blade

open turbine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 2,22

Maka, P = Np x ρx N3 x Da5 = 2,22 x 54,8 x 0,953 x 0,755 P = 24,75 J/s x s J hp / 7 , 745 1 = 0,033 hp

Efisiensi motor penggerak 80% Daya motor penggerak =

8 , 0 033 , 0 = 0,04125hp 6. Pompa Mixer 1 (P-03)

Fungsi : Memompa larutan dari mixer 1 menuju menuju

Heat Exchanger (HE-01)

Jumlah : 1 unit

Densitas = 881,3 kg/m3 = 54,8 lb/ft3 Viskositas = 4,586 x 10-4 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q =

Perencanaan Pompa

De = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Timmerhaus, 1980) = 3,9 (0,048) 0,45(53,59)0,13

(21)

• Dari App. C-6a, Foust, 1983, dipilih: - Jenis pipa : Carbon steel, sch.40

- Diameter nominal = 2 in = 0,17 ft

, ΣL

 1 buah sharp edge exit (K= 1 ;L/D= 39) (App.C-2c; C-2d Foust, 1980) L5 = 1 x 39 x 0,134 ft = 5,226 ft

ΣL = L1 + L2 + L3 + L4

= 30 + 1,742 + 2,412 + 5,226 = 39,38 ft

(22)

4. Menentukan friksi ΣF = , ΣF D gc L fV ⋅ ⋅ Σ 2 4 2 (Pers.2.10-6 Geankoplis,1983) = ) 172 , 0 )( / 174 , 32 ( 2 ) 38 , 39 ( ) / 06 , 2 )( 046 , 0 ( 4 2 2 ft s lb ft lb ft s ft f m⋅ ⋅ = 2,78 ft.lbf/lbm 5. Kerja yang diperlukan,

Digunakan pompa yang berdaya = 0,020 hp

7. HEAT EXCHANGER (HE- 01)

Fungsi : Memanaskan larutan campuran Stirena dan Etil Benzena sebelum masuk mixer dari suhu 30oC menjadi 105OC

Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

(23)

Dipakai : ¾ in OD Tube 18 BWG, panjang = 20 ft, 4 pass • Fluida panas

Laju alir massa, W = 672,59 kg/jam = 1345,03 lbm/jam Temperatur masuk = 150oC = 302 oF

Temperatur keluar, T2 = 150oC = 302 oF • Fluida dingin

Laju alir massa, w = 4779,94 kg/jam = 10358,11 lbm/jam Temperatur masuk, t1 = 30oC = 86oF

Temperatur keluar, t2 = 105 oC = 221 oF

• Panas yang diserap (Q) = 555916,50 kJ/Jam = 528120,68 Btu/jam (1) Δt = beda suhu sebenarnya

Fluida panas Fluida dingin Selisih T1 = 302 Temp. tinggi (oF) t2 = 221 Δt1 = 81 T2 = 302 Temp. rendah (oF) t1 = 86 Δt2 = 216 Δt = LMTD = 81 216 ln 81 216− = 137,46 oF (Pers.5.14 Kern, 1950) R = 1 2 2 1 t t T T − − = 135 302 302− = 0 S = 1 1 1 2 t T t t − − = 216 135 = 0,63

Dari gambar 18 Kern (1950) diperoleh nilai FT = 1 Δt = LMTD x FT = 137,46 x 1 = 137,46 oF (2) Temperatur Kalorik Tc = 2 302 302 2 2 1+ T = + T = 302 oF tc = 2 86 221 2 2 1 + t = + t = 153,5oF

(24)

Dalam perancangan ini digunakan heat exchanger dengan spesifikasi : • Diameter luar tube (OD) = ¾ in

• Jenis tube = 18 BWG

• Pitch (PT) = 1 in square pitch • Panjang tube (L) = 20 ft

a. Dari table 8 hal 840, Kern, 1965, diperoleh UD = 20-60, faktor pengotor (RD) = 0,003

Diambil UD = 25 Btu/jam.ft2.oF

Luas permukaan untuk perpindahan panas : A = t x U Q D ∆ = F x F ft jam Btu o o 137,46 . . 20 68 , 528120 2 = 192,10 ft2

Luas permukaan luar (a”) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, hal. 843, Kern) Jumlah tube, Nt = Lxa A = ft ft ftx0,1963 / 20 10 , 192 2 = 48,93 buah

b. Dari table 9 hal 841, Kern 1965, nilai yang terdekat adalah = 68 tube dengan ID shell 12 in.

c. Koreksi UD A = L x Nt x a = 20 ft x 68 x 0,1963 ft2/ft = 266,97 ft2 UD = t x A Q ∆ = 266,97 x 137,46oF 68 , 528120 = 14,39 F ft jam Btu o . . 2

(25)

Fluida panas : Sisi shell Fluida dingin : sisi tube 3. Flow area shell

aS = r s xP xB C D 144 ' × _ft2 (Pers. 7.1, Kern) Ds = Diameter dalam shell = 10 in

B = Baffle spacing = 5 in Pr = Tube pitch = 1 in C’ = Clearance = PT – OD = 1 – 0,75 = 0,25 in aS = r x x 1 144 5 25 , 0 12× _{= 0,1042 ft}2 4. Kecepatan massa GS = 1042 , 0 03 , 1345 = a a W = 12908,16 lbm/jam.ft2 5. Bilangan Reynold Pada Tc = 302oF μ = 0,052 lbm/ft.jam

Dari Gbr. 28, Kern, untuk ¾ in dan 1 in sq. pitch, diperoleh de = 0,95 in.

De = 0,95/12 = 0,0792 ft Res = µ S G De× = 052 , 0 16 , 12908 0792 , 0 × = 19660,12

6. Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH = 80 Pada ReS = 19660,12

7. Pada Tc = 302oF

k = 0,0795 btu/jam.ft.oF (Fig. 1 Kern, 1965) Cp = 1,1 btu/lbm.oF (Fig 2 Kern, 1965)

= 3 1 3 1 0795 , 0 052 , 0 1 , 1       × =       k Cpµ = 0,9 8. ho = jH 0,14             w k c De k µ µ µ ho = 80 x ₀_,₉ ₁ 0792 , 0 0795 , 0 x x = 72,27 Btu/jam.ft2.oF

3. Flow area tube, at’ = 0,334 in2 (table 10, kern) at’ = xn Ntxat 144 ' _{(pers. 7.8, Kern)} at’ = 4 144 334 , 0 68 x x _{= 0,039 ft}2 4 .Mass velocity Gt = 039 , 0 11 , 10358 = t a w = 265592,56 lbm/jam.ft2 5. Bilangan Reynold Pada tc = 153,5oF μ = 0,392 lbm/ft.jam

Dari Tabel 10, Kern, untuk ¾ in OD, 18BWG diperoleh ID = 0,652 in = 0,0543 ft Ret = µ t G ID× = 392 , 0 56 , 265592 0543 , 0 × = 36789,99

6. Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 100 Pada Ret = 36789,99

7. Pada Tc = 153,5 oF

= 3 1 3 1 08 , 0 392 , 0 134 , 80       × =       k Cpµ = 6 8. hi = jH 0,14             w k c ID k µ µ µ hi = 100 (6) 1 0543 , 0 08 , 0 _⋅ = 883,98 btu/jam.ft2.oF 9. hio = OD ID hi× ( Kern, 1950) = 883,98× 0625 , 0 0543 , 0 = 768 Btu/jam.ft2.oF

(26)

10. Clean over-all coeffisient, Uc Uc = 27 , 72 768 27 , 72 768 + × = + × ho hio ho

hio _{(Pers. 6.7 Kern, 1950)}

= 66,05 btu/jam.ft2.oF 11. Faktor pengotor, Rd Rd = 39 , 14 05 , 66 39 , 14 05 , 66 × − = × − Ud Uc Ud Uc _{(Pers. 6.13 Kern, 1950)} = 0,054

Kesimpulan : Karena Rd hitung > Rd ketentuan, 0,054 > 0,003 maka spesifikasi HE yang direncanakan dapat diterima

Pressure Drop Shell Tube 1. Untuk ReS = 19660,12 1. Ret = 36789,99, f = 0,00018 f = 0,0018 ft2/in2 (fig.29) s = 0,75 s = 0,91 2. ∆Pt = S S t D x n L G f ϕ . 10 22 , 5 10 2 Ds = 10/12 = 0,83 = ( ) 1 . 75 , 0 0543 , 0 10 22 , 5 4 20 99 , 36789 00018 , 0 1 10 2 x x x x x x x 2. N + 1 = 12 x B L _{= 9,17x 10}-03 psi N + 1 = 12 x 5 20_{= 48} _{3. G = 1035811,} g V 2 2 , g V 2 2 = 0 ,16 3. ∆PS = S S S S De x N D fG ϕ . 10 22 , 5 ) 1 ( 10 2 ₊ ∆Pr = s n 4 g V 2 2 = ( ) 1 . 1 0792 , 0 10 22 , 5 48 83 , 0 12 , 19660 0018 , 0 1 10 2 x x x x x x x ₌ 75 , 0 4 4x _{x 0,16 = 3,41 psi} = 6,7 x 10-3 psi 4. ∆PT = ∆Pt + ∆Pr ∆PS < 10 psi = 9,17x 10-03 + 3,41 = 3,42 psi ∆PT < 10 psi

Kesimpulan : Karena tekanan hitung masih dalam batas yang diizinkan (10 psi), maka spesifikasi HE yang direncanakan dapat diterima

(27)

8. Gudang Polibutadiena (G-01)

Fungsi : Tempat penyimpanan Polibutadiena untuk kebutuhan selama 30 hari

Bahan konstruksi : Beton

Jenis : Bangunan beton dengan atap

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan : 30 oC ; 1 atm

Volume Polibutadiena = 17,92 m3/hari [Neraca massa] Faktor keamanan, fk = 10 %

Volume gudang = 1,1 x 17,92 m3/hari x 30 hari = 591,36 m3 Diambil tinggi = 5 m Panjang = 2 L Volume gudang = P x L x T = 2L x L x 5 = 10 L2 591,36 m3 = 10 L2 L = 7,69 m P = 15,38 m

9 . Bucket Elevator (BE -01)

Fungsi : Mengangkut Polibutadiena dari Gudang (G–01) menuju

Screener (SC-01)

Jenis : Semi vertical Bucket Elevator Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : 30 oC ; 1 atm

Kapasitas = 730,95 kg/jam [Neraca massa]

Faktor kelonggaran = 20 %

Kapasitas, Fi = 1,2 x 730,95 kg/jam

= 877,14 kg/jam = 0,8771 ton/jam

Dari Perry (1997) tabel 21-15, untuk kapasitas < 14 ton/jam digunakan : Dimensi bucket : lebar = 6 in = 152 mm

proyeksi = 4 in = 102 mm dalam = 4,25 in = 108 mm

(28)

Jarak antar bucket = 12 in = 305 mm Elevator center = 45 ft

Kecepatan putar = 43 rpm

Kecepatan bucket = 225 ft/menit = 68,6 m/menit Daya head shaft = 1 hp

Diameter head shaft = 1 15/16 in Diameter tail shaft = 1 11/16 in Pulley head = 20 in Pulley tail = 14 in

Lebar belt = 7 in

Daya tambahan = 0,02 hp/ft

Daya, P = (Elevator center x daya tambahan) + Daya head shaft = (45 x 0,02) + 1 = 1,9 hp [Perry dan Green, 1997] Effesiensi motor (Em) = 80 %

Daya motor, 8 , 0 9 , 1 = m E P = 2,375 hp ≈ 2,5 hp 10. Hammer Mill (HM -01)

Fungsi : Untuk memotong-motong polibutadiena sebelum dimasukkan ke dalam screener.

Bahan Konstruksi : Baja

Jenis : Micro Pulverizer Hammer Mill Kondisi Operasi : 30oC, 1 atm

Laju alir massa = 730,95 kg/jam Faktor kelonggaran = 20%

Kapasitas alat = 1,2 x 730,95 kg /jam = 877,14 kg/jam = 0,8771 ton/jam

Dari table 20-21 Perry, 1997, untuk kapasitas 0,4 ton/jam diperoleh : - Ukuran hammer mill : (3 x 1 x ¼)

- Kecepatan : 3500 rpm - Daya : 25 HP

(29)

11. Screening (SC-01)

Fungsi : Untuk menyeragamkan ukuran polibutadiena yang telah dipotong oleh hammer mill..

Bahan Konstruksi : Baja

Jenis : Vibrating gyratory Screen Kondisi Operasi : 30oC, 1 atm

Laju alir massa = 730,95 kg/jam Faktor kelonggaran = 20%

Kapasitas alat = 1,2 x 730,95 kg /jam = 877,14 kg/jam = 0,8771 ton/jam

Dari table 19-6 Perry, 1997, dipilih screening dengan spesifikasi : - Equivalent designation : 24 mesh

- Sieve opening : 0,278 in - Dimensi (m) : 1,7 x 1,9 x 2,5 - Kecepatan : 500 rpm - Daya : 5 hp

12. Belt Conveyor (BC-01)

Fungsi : Mengangkut polibutadiena dari Screener (SC-01) ke Rotary Feeder.

Laju alir polybutadiene = 730,95 kg/jam = 0,73 ton/jam Faktor Keamanan = 20 %

Kapasitas alat = 1,2 X 0,88 ton/jam = 0,88 ton/jam

Dari table 21-7 Perry, 1997, berdasarkan kapasitas 3 ton/jam diperoleh : - Kecepatan belt = 100 ft/menit

- Lebar belt = 14 inc - Daya motor = 2 hp

13. Rotary Feeder (RF-01)

Fungsi : Menghaluskan Polibutadiena yang akan masuk ke mixer (M-01).

(30)

Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

Faktor kelonggaran = 20 % Kapasitas, T = 1,2 x 730,95 kg/jam = 877,14 kg/jam = 0,8771 ton/jam Digunakan: Kecepatan putar (S) = 200 rpm Ukuran ayakan (L) = 10 x 17 in =1,42 ft Volume = ₃ / 890 / 4 , 797 m kg jam kg =0,896 m3 = 31,64 ft3 Ukuran lantai (Lo) = 20 x 17 in = 28,33 ft

Faktor friksi (F) = 0,05 Daya = 990 ) . 03 , 0 ( ) (L Lo T S T F + + + 990 797 , 0 ) 200 797 , 0 ( ) 33 , 28 42 , 1 ( 05 , 0 + + + = 0,303 hp 14. Mixer 2 (M-02)

Fungsi : Untuk mencampurkan hingga homogen

Stirena, Etil Benzena dan Polibutadiena. Bentuk : Tangki berpengaduk flat six blade open turbine

dengan tutup dan alas ellipsoidal. Bahan : Stainless Steel A-283-54 grade C

Jumlah : 1 Unit

Kondisi Operasi : 105oC ; 1 atm

Densitas campuran = 882,47 kg/m3 = 54,88 lbm/ft3 Viskositas campuran = 1,191 x 10-4 lbm/ft.s

(31)

a. Kapasitas tangki, Vt Menentukan Ukuran Tangki

Volume = ₃ / 47 , 882 / 90 , 5009 m kg jam kg = 5,68 m3/jam Waktu tinggal (_Τ) = 4,5 jam

Faktor keamanan = 20%

Vt = 1,2 x 5,68m3/ jam x 4,5 jam = 30,67 m3 b. Diameter dan Tinggi Tangki

Diameter tangki, Dt Vt = Vsilinder = ¼ πDt2 Asumsi; H = 32 Dt Vt = ¼ π Dt2 (32Dt) Vt = 38πDt3 Dt3_{= π} 3 Vt 8 Dt = 3 3 Vt 8 π = 3 3 67 , 30 8 π × = 3 m = 118 in r = ½ Dt = ½ (3 m) = 1,5 m = 59 in Tinggi tangki, H = 32 (3 m) = 4,5 m = 14,76 ft 2.

Bahan yang dipakai adalah Carbon steel SA-283 Grade C, dimana : Menentukan Tebal Dinding dan Head Tangki

 Allowable stress (S) = 12.650 psi

[Tabel 13.1 Brownell & Young, 1959]  Efisiensi sambungan (E) = 0,9 (Single-welded butt joint)

[Tabel 13.2 Brownell & Young, 1959]  Corrosion allowance, C = 0,13 – 0,5 mm/tahun[Perry, 1997]

Diambil = 0,5 mm/tahun = 0,02 in/tahun  Umur alat yang direncanakan, n = 15 tahun

(32)

Tinggi cairan dalam tangki, h : 4 ₂ tan Dt laru Volume ⋅ ⋅ π =

( )

2 3 3 14 , 3 67 , 30 4 m m × × = 4,34 m = 14,23 ft Tekanan desain = h− +Po 144 ) 1 ( ρ

[Pers 3.17 Brownell & Young, 1959]

= lbm ft

(

ft

)

14,7 psia 144 1 23 , 14 / 88 , 54 3 + − = 19,74 psi Faktor keamanan = 20 % Pd = 1,2 x 19,74 psi = 23,69 psi maka : tshell = C n P E S R P . 6 , 0 . . ₊ − dimana R = D/2

[Tabel 9 McCetta & Cunningham, 1993]

= in psi psi in psi ) 15 02 , 0 ( ) 69 , 23 6 , 0 ( ) 9 , 0 12650 ( ) 59 ( 69 , 23 × + × − × × = 0,423 in

Digunakan tebal tangki standar 1/2 in [Tabel 5.4 Brownell & Young, 1959] • Menentukan head tangki

Menentukan tebal head (th)

th = C n P E f W r P . . 2 , 0 . . 2 . . + − W = ¼ [3 + (r/icr)1/2] a = ID/2 = 118/2 = 59 in OD = ID = 2t = 118 + 2 . (0,5) = 119 in = 9,92 ft Dari Brownell table 5.7 didapat ukuran standar : - OD = 102in = 8,5 ft

(33)

- r = 96 in Sehingga : W = ¼ [3 + (96/6,125)1/2] = 1,74 in th = (0,02 15) 7 , 14 . 2 , 0 9 , 0 . 12650 . 2 74 , 1 . 96 . 7 , 14 x + − = 0,41 in

Digunakan tebal standar ½ in • Menentukan tinggi head

Untuk tebal head ½ in, maka

Standar straight flange (sf) = 11/2 – 31/2 in (Brownel, table 5.6) Dipilih sf = 3 in Gambar OD OA icr b A sf r ID t a C (Brownel, fig. 5.8) BC = r – icr = 96 – 5,875 = 90,125 in AB = (ID/2) – icr = 46,1025 – 5,875 = 40,2275 in AC = (BC2-AB2)1/2 = 80,649 in b = r – AC = 96- 80,649 = 15,351 in Tinggi head (OA) = th + b + sf

= 0,41 + 15,351 + 3

= 18,761 in

(34)

= 11,53 ft+ (2 . 18,761/12) ft = 14,66 ft

3.

Penentuan pengaduk

Da : Dt = 1 : 4 (Holland, 1989) W : Dt = 1 : 20 (Holland, 1989) C : Dt = 1 : 4 (Holland, 1989) L : Dt = 1 : 4 (Holland, 1989) 4 baffle : J : Dt = 1 : 10 (Holland, 1989) Dimana : Da = Diameter pengaduk

Diameter pengaduk (Da) = 1/4 D = 1/4 x 3 m = 0,75 m Lebar daun pengaduk (W) = 1/20 x Dt = 1/20 x 3 m = 0,15 m Tinggi pengaduk dari dasar (C) = ¼ x Dt = ¼ x 3 m = 0,75 m Panjang daun pengaduk( L) = 1/16 x Dt = 1/16 x 3 m = 0,19 m Lebar baffle (J) = 1/10 x Dt = 1/10 x 3 m = 0,30 m Bilangan Reynold, NRe = µ ρ 2 ) (Da N = ₄ 2 10 . 191 , 1 ) 75 , 0 )( 95 , 0 )( ,88 54 ( − = 246234,26

(35)

Efisiensi motor penggerak 80% Daya motor penggerak =

8 , 0 033 , 0 = 0,04125hp 15. Pompa Mixer 2 (P- 04)

Fungsi : Memompa larutan dari mixer 2 menuju Heat

Exchanger (HE-02)

Jumlah : 1 unit

Densitas campuran = 882,47 kg/m3 = 54,88 lb/ft3 Viskositas campuran = 1,191 x 10-4 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik, Q =

Perencanaan Pompa

De = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Timmerhaus, 1980) = 3,9 (0,056) 0,45(54,88)0,13

= 1,79 in

(36)

2.

Dari App. C-3, Foust, 1980 untuk nilai NRe = 190213,8 diperoleh ƒ = 0,021 3. Menentukan panjang ekivalen total pipa

Kelengkapan Pipa ;

, ΣL

C(L/D = 30) (App.C-2a Foust, 1980) L3 = 2 x 30 x 0,134ft = 8,04 ft

 1 buah sharp edge exit (K= 1 ;L/D= 51) (App.C-2c; C-2d Foust, 1980) L5 = 1 x 51 x 0,134 ft = 6,7 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 70 + 1,742 + 8,04 + 3,35 + 6,7 = 89,832 ft 4. Menentukan friksi ΣF = , ΣF D gc L fV ⋅ ⋅ Σ 2 4 2 (Pers.2.10-6 Geankoplis,1983) = ) 172 , 0 )( / 174 , 32 ( 2 ) 832 , 89 ( ) / 40 , 2 )( 021 , 0 ( 4 2 2 ft s lb ft lb ft s ft f m⋅ ⋅ = 3,93 ft.lbf/lbm

(37)

5. Kerja yang diperlukan,

Digunakan pompa yang berdaya = 1/5 hp

16. HEAT EXCHANGER - 02

Fungsi : Memanaskan larutan dari mixer sebelum masuk Reaktor 1 dari suhu 105oC menjadi 137OC

Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

Jenis : 2-4 shell and tube exchanger

Dipakai : ¾ in OD Tube 18 BWG, panjang = 20 ft, 4 pass • Fluida panas

Laju alir massa, W = 336,45 kg/jam = 674,33 lbm/jam Temperatur masuk = 150oC = 302 oF

(38)

• Fluida dingin

Laju alir massa, w = 5510,89 kg/jam = 11044,72 lbm/jam Temperatur masuk, t1 = 105oC = 221 oF

Temperatur keluar, t2 = 137 oC = 278,6 oF

• Panas yang diserap (Q) = 278087,92 kJ/Jam = 264183,52Btu/jam (3) Δt = beda suhu sebenarnya

Fluida panas Fluida dingin Selisih T1 = 302 Temp. tinggi (oF) t2 = 278,6 Δt1 = 23,4 T2 = 302 Temp. rendah (oF) t1 = 221 Δt2 = 81 Δt = LMTD = 4 , 23 81 ln 4 , 23 81− = 66,04 oF (Pers.5.14 Kern, 1950) R = 1 2 2 1 t t T T − − = 6 , 57 302 302− = 0 S = 1 1 1 2 t T t t − − = 81 6 , 57 = 0,71

Dari gambar 18 Kern (1950) diperoleh nilai FT = 1 Δt = LMTD x FT = 66,04 x 1 = 66,04 oF (4) Temperatur Kalorik Tc = 2 302 302 2 2 1+ T = + T = 302 oF tc = 2 6 , 278 221 2 2 1 + t = + t = 249,8oF

Dalam perancangan ini digunakan heater dengan spesifikasi : • Diameter luar tube (OD) = ¾ in

• Jenis tube = 18 BWG

• Pitch (PT) = 1 in square pitch • Panjang tube (L) = 20 ft

(39)

d. Dari table 8 hal 840, Kern, 1965, diperoleh UD = 10-40, factor pengotor (RD) = 0,003

Diambil UD = 20 Btu/jam.ft2.oF

Luas permukaan untuk perpindahan panas : A = t x U Q D ∆ = F x F ft jam Btu o o 66,04 . . 20 52 , 264183 2 = 200 ft2

Luas permukaan luar (a”) = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, hal. 843, Kern) Jumlah tube, Nt = Lxa A = ft ft ftx0,1963 / 20 200 2 = 50,94 buah

e. Dari table 9 hal 841, Kern 1965, nilai yang terdekat adalah = 68 tube dengan ID shell 12 in.

f. Koreksi UD A = L x Nt x a = 20 ft x 68 x 0,1963 ft2/ft = 266,97 ft2 UD = t x A Q ∆ = 266,97 x 66,04oF 52 , 264183 = 14,98 F ft jam Btu o . . 2

(40)

Fluida panas : Sisi shell Fluida dingin : sisi tube 3. Flow area shell

aS = r s xP xB C D 144 ' × _ft2 (Pers. 7.1, Kern) Ds = Diameter dalam shell = 10 in

B = Baffle spacing = 5 in Pr = Tube pitch = 1 in C’ = Clearance = PT – OD = 1 – 0,75 = 0,25 in aS = r x x 1 144 5 25 , 0 12× _{= 0,1042 ft}2 4. Kecepatan massa GS = 1042 , 0 33 , 674 = a a W = 6471,5 lbm/jam.ft2 5. Bilangan Reynold Pada Tc = 302oF μ = 0,052 lbm/ft.jam

Dari Gbr. 28, Kern, untuk ¾ in dan 1 in sq. pitch, diperoleh de = 0,95 in.

De = 0,95/12 = 0,0792 ft Rea = µ S G De× = 0795 , 0 5 , 6471 0792 , 0 × = 6447,10

6. Taksir jH dari Gbr. 28, Kern, diperoleh jH= 42 Pada ReS = 6447,10

7. Pada Tc = 302oF

= 3 1 3 1 0795 , 0 052 , 0 1 , 1       × =       k Cpµ = 0,90 9. ho = jH 0,14             w k c De k µ µ µ ho = 42 ₀_,₉₀ ₁ 0792 , 0 0795 , 0 x x = 37,94 Btu/jam.ft2.oF

4. Flow area tube, at’ = 0,334 in2 (table 10, kern) at’ = xn Ntxat 144 ' _{(pers. 7.8, Kern)} at’ = 4 144 334 , 0 68 x x _{= 0,039 ft}2 4 .Mass velocity Gt = 039 , 0 72 , 11044 = t a w = 283197,95 lbm/jam.ft2 5. Bilangan Reynold Pada Tc = 234,5oF μ = 0,6876 lbm/ft.jam

Dari Tabel 10, Kern, untuk ¾ in OD, 18BWG diperoleh ID = 0,652 in = 0,0543 ft Ret = µ t G ID× = 6876 , 0 95 , 283197 0543 , 0 × = 22364,24

6. Taksir jH dari Gbr. 24, Kern, diperoleh jH = 80 Pada Ret = 22364,24

7. Pada Tc = 249,8 oF

k = 0,078 btu/jam.ft.oF (Fig. 1 Kern, 1965) Cp = 82,034 btu/lbm.oF = 3 1 3 1 078 , 0 6876 , 0 034 , 82       × =       k Cpµ = 7,2 8. hi = jH 0,14             w k c ID k µ µ µ hi = 80 (7,2) 1 0543 , 0 078 , 0 _⋅ = 827,40 btu/jam.ft2.oF 10. hio = OD ID hi× ( Kern, 1950) = 827,40× 0625 , 0 0543 , 0 = 718,85 Btu/jam.ft2.oF

(41)

11. Clean over-all coeffisient, Uc Uc = 94 , 37 85 , 718 94 , 37 85 , 718 + = + × x ho hio ho

hio _{(Pers. 6.7 Kern, 1950)}

= 36,0 btu/jam.ft2.oF 12. Faktor pengotor, Rd Rd = 98 , 14 36 98 , 14 36 × − = × − Ud Uc Ud Uc _{(Pers. 6.13 Kern, 1950)} = 0,039

Kesimpulan : Karena Rd hitung > Rd ketentuan, 0,039 > 0,03 maka spesifikasi HE yang direncanakan dapat diterima

Pressure Drop Shell Tube 1. Untuk ReS = 6447,10 1. Ret = 22364,24, f = 0,00021 f = 0,0027ft2/in2 s = 0,8824 s = 0,91 2. ∆Pt = S S t D x n L G f ϕ . 10 22 , 5 10 2 Ds = 10/12 = 0,83 = ( ) 1 . 8824 , 0 0543 , 0 10 22 , 5 4 20 95 , 283197 00021 , 0 1 10 2 x x x x x x x 2. N + 1 = 12 x B L _{= 0,539 psi} N + 1 = 12 x 5 20_{= 48} _{3. G = 283197,95} g V 2 2 , g V 2 2 = 0 ,011 3. ∆PS = S S S S De x N D fG ϕ . 10 22 , 5 ) 1 ( 10 2 ₊ ∆Pr = s n 4 g V 2 2 = ( ) 1 . 1 0792 , 0 10 22 , 5 48 83 , 0 5 , 6471 0027 , 0 1 10 2 x x x x x x x ₌ 8824 , 0 4 4x _{x 0,011 = 0,20 psi} = 1,09 x 10-3 psi 4. ∆PT = ∆Pt +∆Pr ∆PS < 10 psi = 0,20+ 0,539 = 0,739 psi ∆PT < 10 psi

Kesimpulan : Karena tekanan hitung masih dalam batas yang diizinkan (10 psi), maka spesifikasi HE yang direncanakan dapat diterima

(42)

17. Gudang Benzoil Peroksida (G-02)

Fungsi : Tempat penyimpanan Benzoil Peroksida untuk kebutuhan selama 30 hari

Bahan konstruksi : Beton

Jenis : Bangunan beton dengan atap

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan : 30 oC ; 1 atm

Volume Benzoil Peroksida = 0,145 m3/hari [Neraca massa] Faktor keamanan, fk = 10 %

Volume gudang = 1,1 x 0,145 m3/hari x 30 hari = 4,785 m3 Diambil tinggi = 2 m Panjang = 2 L Volume gudang = P x L x T = 2L x L x 2 = 4 L2 4,785 m3 = 4 L2 L = 1,1 m ≈ 1,5 m P = 2,2 m ≈ 2,5 m

18. Bucket Elevator (BE -02)

Fungsi : Mengangkut Benzoil Peroksida dari Gudang (G-02) menuju Rotary Feeder (RF-02)

Jenis : Semi vertical Bucket Elevator Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

Kapasitas, Fi = 1,2 x 8,86 kg/jam

(43)

Dari Perry (1997) tabel 21-15, untuk kapasitas < 14 ton/jam digunakan : Dimensi bucket : lebar = 6 in = 152 mm

proyeksi = 4 in = 102 mm dalam = 4,25 in = 108 mm Jarak antar bucket = 12 in = 305 mm Elevator center = 45 ft

Kecepatan putar = 43 rpm

Kecepatan bucket = 225 ft/menit = 68,6 m/menit Daya head shaft = 1 hp

Diameter head shaft = 1 15/16 in Diameter tail shaft = 1 11/16 in Pulley head = 20 in Pulley tail = 14 in

Lebar belt = 7 in

Daya tambahan = 0,02 hp/ft

Daya, P = (Elevator center x daya tambahan) + Daya head shaft = (45 x 0,02) + 1 = 1,9 hp [Perry dan Green, 1997] Effesiensi motor (Em) = 80 %

Daya motor, 8 , 0 9 , 1 = m E P = 2,375 hp ≈ 2,5 hp 19. Rotary Feeder (RF-02)

Fungsi : Menghaluskan Benzoil Peroksida yang akan masuk ke reaktor (R-01).

Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

Kapasitas, T = 1,2 x 8,86 kg/jam

(44)

Digunakan:

Kecepatan putar (S) = 100 rpm

Ukuran ayakan (L) = 5 x 17 in =0,71 ft Ukuran lantai (Lo) = 20 x 17 in = 28,33 ft Faktor friksi (F) = 0,05 Daya = 990 ) . 03 , 0 ( ) (L Lo T S T F + + + 990 005 , 0 ) 100 005 , 0 ( ) 33 , 28 71 , 0 ( 05 , 0 + + + = 0,147 hp 20. Reaktor (R-01)

Fungsi : Sebagai tempat berlangsungnya reaksi

polimerisasi stirena dengan polibutadiena membentuk High Impact Polystyrene dimana konversi terjadi sebesar 85%.

Bentuk : Reaktor alir tangki berpengaduk (CSTR) yang dilengkapi dengan jaket pendingin, dengan pertimbangan reaksinya berlangsung isotermal dan reaksinya isotermis

Jumlah : 1 Unit

Kondisi Operasi : 137oC ; 1 atm

Densitas campuran = 945,7 kg/cm3 = 58,81 lbm/ft3 Viskositas campuran = 1,406 x 10-4 lbm/ft.s

1.

a. Kapasitas tangki, Vt Menentukan Ukuran Tangki

Volume = ₃ / 7 , 945 / 95 , 5017 m kg jam kg = 5,306 m3/jam Waktu tinggal (_Τ) = 7,6 jam

(45)

Faktor keamanan = 20%

Vt = 1,2 x 5,306m3/ jam x 7,6 jam = 48,39 m3

b. Diameter dan Tinggi Tangki Diameter tangki, Dt Vt = Vsilinder = ¼ πDt2 Asumsi; H = 32 Dt Vt = ¼ π Dt2 (32Dt) Vt = 38πDt2 Dt3_{= π} 3 Vt 8 Dt = 3 3 Vt 8 π = 3 3 39 , 48 8 π × = 3,45 m = 135,86 in r = ½ Dt = ½ (3,45 m) = 1,725 m = 67,91 in Tinggi tangki, H = 32 (3,45 m) = 5,18 m = 16,99 ft 3.

Bahan yang dipakai adalah Carbon steel SA-283 Grade C, dimana : Menentukan Tebal Dinding dan Head Tangki

 Allowable stress (S) = 12.650 psi

[Tabel 13.1 Brownell & Young, 1959]  Efisiensi sambungan (E) = 0,9 (Single-welded butt joint)

[Tabel 13.2 Brownell & Young, 1959]  Corrosion allowance, C = 0,13 – 0,5 mm/tahun[Perry, 1997]

Diambil = 0,5 mm/tahun = 0,02 in/tahun  Umur alat yang direncanakan, n = 15 tahun

 Tekanan operasi, Po = 1 atm = 14,7 psia Tinggi cairan dalam tangki, h : 4 tan₂

Dt gki Volume ⋅ ⋅ π =

(

)

2 3 317 , 2 14 , 3 65 , 14 4 m m × × = 3,476 m = 11,405 ft

(46)

Tekanan desain = h− +Po 144 ) 1 ( ρ

[Pers 3.17 Brownell & Young, 1959]

= lbm ft

(

ft

)

14,7 psia 144 1 40 , 11 / 325 , 56 3 + − = 18,77 psi Faktor keamanan = 20 % Pd = 1,2 x 18,77 psi = 22,52 psi maka : tshell = C n P E S R P . 6 , 0 . . ₊ − dimana R = D/2

[Tabel 9 McCetta & Cunningham, 1993]

= in psi psi in psi ) 15 02 , 0 ( ) 52 , 22 6 , 0 ( ) 9 , 0 12650 ( ) 63 , 45 ( 52 , 22 × + × − × × = 0,3904 in

Digunakan tebal tangki standar 1/2 in [Tabel 5.4 Brownell & Young, 1959] • Menentukan head tangki

Menentukan tebal head (th)

th = C n P E f W r P . . 2 , 0 . . 2 . . + − W = ¼ [3 + (r/icr)1/2] a = ID/2 = 91,227/2 = 46,6135 in OD = ID = 2t = 91,227 + 2 . (0,5) = 92,227 in = 7,69 ft Dari Brownell table 5.7 didapat ukuran standar : - OD = 96 in = 8 ft - icr = 5 7/8 in - r = 96 in Sehingga : W = ¼ [3 + (96/5,625)1/2] = 1,783 in

(47)

th = (0,02 15) 7 , 14 . 2 , 0 9 , 0 . 12650 . 2 783 , 1 . 96 . 7 , 14 x + − = 0,41 in

Digunakan tebal standar ½ in • Menentukan tinggi head

Untuk tebal head ½ in, maka

Standar straight flange (sf) = 11/2 – 31/2 in (Brownel, table 5.6) Dipilih sf = 3 in Gambar OD OA icr b A sf r ID t a C (Brownel, fig. 5.8) BC = r – icr = 96 – 5,875 = 90,125 in AB = (ID/2) – icr = 46,6135 – 5,875 = 40,7385 in AC = (BC2-AB2)1/2 = 80,392 in b = r – AC = 96- 80,392 = 15,608 in Tinggi head (OA) = th + b + sf

= 0,41 + 15,608 + 3

= 19,018 in

Tinggi tangki total = H + 2 (OA)

= 11,40 ft+ (2 . 19,018/12) ft = 14,57ft 3.

(48)

Da : Dt = 1 : 4 W : Dt = 1 : 20 C : Dt = 1 : 4 L : Dt = 1 : 4 4 baffle : J : Dt = 1 : 10 Dimana : Da = Diameter pengaduk

Diameter pengaduk (Da) = 1/4 D = 1/4 x 3,45 m = 0,86 m Lebar daun pengaduk (W) = 1/20 x Dt = 1/20 x 3,45 m = 0,17 m Tinggi pengaduk dari dasar (C) = ¼ x Dt = ¼ x 3,45 m = 0,86 m Panjang daun pengaduk( L) = 1/16 x Dt = 1/16 x 3,45 m = 0,22 m Lebar baffle (J) = 1/10 x Dt = 1/10 x 3,45 m = 0,345 m Bilangan Reynold, NRe = µ ρ 2 ) (Da N = ₄ 2 10 . 191 , 1 ) 75 , 0 )( 95 , 0 )( ,81 58 ( − = 263867,29

open turbine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 2,22

(49)

Daya motor penggerak = 8 , 0 033 , 0 = 0,04125hp 4.

Persamaan yang digunakan :

Dimana : μ = viskositas campuran (lb.ft/jam) c = kapasitas panas = 1 Btu/lboF

k = konduktivitas panas air = 0,38 Btu/jam.ft2 .(oF/ft) Menghitung koefisien perpindahan panas dari reaktor ke tangki jaket

14 , 0 33 , 0 67 , 0 2 . . . . . . 36 , 0 .                   = W k c Di N k Dt hi µ µ µ µ ρ (kern, 1960) 14 , 0 33 , 0 67 , 0 2 46 . 0 1872 , 1 . 38 , 0 1872 , 1 . 1 . 1872 , 1 56 , 2 . 7200 . 325 , 56 . 36 , 0 38 , 0 684 , 7 .                   = hi hi = 531,98 hio = hi x OD ID = 8 60 , 7 . 98 , 531 = 505,381 Btu.ft2.oF Uc = hio hi hio x hi + = 381 , 505 98 , 531 381 , 505 98 , 531 + x = 259,17 Btu.ft2.oF Rd = 0,003 (Kern, tabel 12) = Rd Uc + 1 = 0,003 17 , 259 1 + = 0,00686 Ud = 145,77

• Luas perpindahan panas (A)

Q = 4601487,98 kJ = 4361351,942 Btu A = T Ud Q ∆ . = ) 221 248 .( 77 , 145 942 , 4361351 − = 638,74 ft 2 Ud 1

(50)

5.

Laju alir pendingin = 73039,49 kg/hari Menghitung diameter jaket

Volume jaket = 54,03 ft3 (volume pendingin dalam 1 jam)

Tebal jaket adalah lapisan baja saja, tidak termasuk isolasinya. Bahan jaket adalah SA-283 grade C

tj = . . 2 . C P E f Dj P + −

Dengan : tj = tebal jaket (in)

P = tekanan terhadap dinding jaket = 1 atm = 14,7 psi f = allowable stress = 12560 psi

E = efisiensi pengelasan = 0,8 C = faktor korosi = 0,162 sehingga tj = 0,162 7 , 14 8 , 0 . 12650 . 2 83 , 9 . 7 , 14 + − = 0,169 in Dipakai tebal ¼ in.

21. Pompa Reaktor (P- 05)

Fungsi : Memompa larutan dari reaktor menuju

devolatilizer.

Jumlah : 1 unit

Densitas campuran = 902,2 kg/cm3 = 56,1 lbm/ft3 Viskositas campuran = 1,257 x 10-4 lbm/ft.s Laju alir volumetrik, Q =

ρ F = ₃ / 1 , 56 det / 073 , 3 ft lb lb m m = 0,055 ft3/det

(51)

1.

Perencanaan Pompa

De = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Timmerhaus, 1980) = 3,9 (0,055) 0,45(56,1)0,13

= 1,785 in

m (Geankoplis, 1983) Kekasaran relative, D ε = 0525 , 0 10 6 , 4 x −5 = 0,000876 m

, ΣL

 Panjang pipa lurus, L1 = 70 ft

 1 buah gate valve fully open (L/D = 13) (App.C-2a Foust, 1980) L2 = 1 x 13 x 0,134ft = 1,742 ft

C(L/D = 30) (App.C-2a Foust, 1980) L3 = 2 x 30 x 0,134ft = 8,04 ft

 1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 25) (App.C-2c; C-2d Foust, 1980) L4 = 1 x 25 x 0,134 ft = 3,35 ft

(52)

 1 buah sharp edge exit (K= 1 ;L/D= 51) (App.C-2c; C-2d Foust, 1980) L5 = 1 x 51 x 0,134 ft = 6,7 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 70 + 1,742 + 8,04 + 3,35 + 6,7 = 89,832 ft 4. Menentukan friksi ΣF = , ΣF D gc L fV ⋅ ⋅ Σ 2 4 2 (Pers.2.10-6 Geankoplis,1983) = ) 172 , 0 )( / 174 , 32 ( 2 ) 832 , 88 ( ) / 36 , 2 )( 021 , 0 ( 4 2 2 ft s lb ft lb ft s ft f m⋅ ⋅ = 3,75 ft.lbf/lbm 5. Kerja yang diperlukan,

75 , 0 08 , 0 (Pers.2.7-30 Geankoplis, 1983) = 0,12 hp

Digunakan pompa yang berdaya = 1/5 hp

(53)

1. Pompa Air Sungai (PU1)

Fungsi : Memompakan air sungai menuju bak sedimentasi

Jenis : Pompa sentifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi : Commercial Steel Kondisi Operasi

Laju massa = 6016,98 kg/jam = 3,68 lbm/det

Densitas = 997,08 kg/m3 = 62,245 lbm/ft3 (Geankoplis, 1983) Viskositas campuran = 0,894 cp = 6,005.10-4 lb/ft.s (Geankoplis, 1983) Laju alir volumetrik, Q =

ρ F = lbm/ft 245 , 62 lbm/det 3,68 3 = 0,06 ft 3 /det 1.

Perencanaan Pompa

De = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Timmerhaus, 1991) = 3,9 (0,06) 0,45(62,245)0,13

= 1,88 in

• Dari App. C-6a, Foust, 1983, dipilih: - Jenis pipa : Carbon steel, sch.40 - Diameter nominal = 2 in

Kecepatan Rata-rata fluida, V: Pengecekan Bilangan Reynold, NRe

V= Ai Q = 0233 , 0 06 , 0 = 2,575 ft/s NRe = µ ρVD = _-₄ .10 005 , 6 ) 198 , 0 )( 575 , 2 )( 245 , 2 6 ( = 52848,648 (Turbulen) Jenis aliran adalah aliran turbulen

(54)

Untuk commercial steel : ε = 0,000046 m (Geankoplis, 1983) Kekasaran relative, D ε = 0,060 0,000046 = 0,00077

Dari App. C-3, Foust, 1980 untuk nilai NRe = 52848,648 dan ε/D = 0,00077, diperoleh : ƒ = 0,023

3. Menentukan panjang ekivalen total pipa

 Panjang pipa lurus, L1=20 ft

, ΣL Kelengkapan Pipa ;

 1 buah gate valve fully open (L/D = 13) (Foust, 1980) L2 = 1 x 13 x 0,198 ft = 2,574 ft

 2 buah elbow standar 90o

C(L/D = 30) (Foust, 1980)

L3 = 2x 30 x 0,198 ft = 11,88 ft

 1 buah sharp edge entrance (K = 0,5 ; L/D = 37) (Foust, 1980) L4 = 1x 37x 0,198 ft = 7,326 ft

 1 buah sharp edge exit (K = 1 ; L/D =74) (Foust, 1980) L5 = 1x74x 0,198 ft = 14,652 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 20 + 2,574 + 11,88 + 7,326 + 14,652 = 56,432 ft 4. Menentukan friksi D gc L fV ⋅ ⋅ Σ 2 4 2 , ΣF ΣF = (Geankoplis,1983) = ) 198 , 0 )( / 174 , 32 ( 2 ) 432 , 56 ( ) / 575 , 2 )( 023 , 0 ( 4 2 2 ft s lb ft lb ft s ft f m⋅ ⋅ = 2,70 ft.lbf/lbm 5. Kerja yang diperlukan,

0 . 2 2 = + Σ + ∆ + ∆ + ∆ wf F pP gc g Z gcα ρ υ -Wf

Laju alir masuk = laju alir keluar ∆V = 0 Tinggi pemompaan ∆z = 12 ft

Tekanan masuk = tekanan keluar ∆P = 0 Kerja poros pompa =