• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Ammonium Phosphate dan Potassium Phosphate dengan Kapasitas Produksi 300.000 Ton/ Tahun

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2019

Membagikan "Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Ammonium Phosphate dan Potassium Phosphate dengan Kapasitas Produksi 300.000 Ton/ Tahun"

Copied!
174
0
0

Teks penuh

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan operasi : kilogram (kg)

Bahan baku : - Ammonium Phosphate (AP) - Potassium Phosphate (PP)

Produk akhir : Potassium Ammonium Polyphosphate (PAP) Kapasitas Produksi : 300.000 ton/tahun : 37878,7879 kg/jam

Tabel A.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia

Keterangan:

F = Laju alir massa (kg/jam) N = Laju alir mol (kmol/jam) A.1 Tangki Pencampur (M-101)

1 AP

F = 22283,0755 kg/jam

Kelarutan ammonium phosphate di dalam air = 20 gr/100 gr air (Sciencelab, 2012)

3 Air

F = 100/20 × 1 AP

F

= 11415,3777 kg/jam

No. Senyawa Rumus molekul BM (kg/kmol)

1. Ammonium Phosphate NH4H2PO4 115,0259

2. Potassium Phosphate KH2PO4 136,0893

3. Potassium Ammonium Polyphosphate [KNH4(PO3)2]8 1720,6766

4. Air H2O 18,0153

Tangki Pencampur (M-101) AP

Air

AP Air 1

3

(2)

Neraca Massa Komponen: Air : 3

Air

F = 5

Air

F

5

Air

F = 111415,3777 kg/jam

AP : 1 AP

F = 5

AP

F

5 AP

F = 22283,0755 kg/jam Neraca Massa Total :

F1 +F3 = F5 =F7

22283,0755 + 111415,3777 = F5 =F7 F5 =F7 = 133698,4533 kg/jam

Tabel A.2 Neraca Massa Tangki Pencampur (M-101) Komponen

Alur

Masuk (kg/jam ) Keluar (kg/jam)

1 3 5

NH4H2PO4 22283,0755 - 22283,0755

H2O - 111415,3777 111415,3777

Total 133698,4533 133698,4533

A.2 Tangki Pencampur (M-102)

2 PP

F = 23966,8406 kg/jam

Kelarutan potassium phosphate di dalam air = 22 gr/100 gr air (Sciencelab, 2012) Maka dipilih FAir4 = 100/22 ×

2 PP

F

= 108940,1846 kg/jam Neraca Massa Komponen:

Air : 4 Air

F = FAir6

6

Air

F = 108940,1846 kg/jam PP : 2

PP

F = FPP6

Tangki Pencampur (M-102) PP

Air

PP Air 2

4

(3)

6 PP

F = 23966,8406 kg/jam Neraca Massa Total :

F2 + F4 = F6 =F8

23966,8406 + 108940,1846 = F6 =F8 F6 =F8 = 132907,0252 kg/jam

Tabel A.3 Neraca Massa Tangki Pencampur (M-102)

Komponen

Alur

Masuk (kg/jam ) Keluar (kg/jam)

2 4 6

KH2PO4 23966,8406 - 23966,8406

H2O - 108940,1846 108940,1846

Total 132907,0252 132907,0252

A.3 Reaktor (R-101)

Dalam reaktor ini terjadi reaksi pembentukan Potassium Ammonium Polyphosphate (PAP) dan Air.

Reaktor (R-101) AP

Air PAP

AP Air PP

Air 9

10

11

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) → [KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l) 10

PP

N = 176,1111kmol

kg/kmol 136,0893

kg 23966,8406 PP

Mr PP massa

r1 = konversi × N10PP = 22,0139

8 176,1111

1 kmol/jam

AP dibuat berlebih sekitar 10 % dari mol yang bereaksi, sehingga:

NAP mula-mula = NAP bereaksi + 0,1(NAP bereaksi) = 176,1111 + 0,1 (176,1111) = 193,7222 kmol

(4)

Neraca Massa Komponen : AP : 9

AP

F = N9AP× Mr = 193,7222 × 115,0259 = 22283,0755 kg/jam

11 AP

F = N11AP× Mr = 17,6111 × 115,0259 = 2025,7341 kg/jam PP : 10

PP

F = N10PP× Mr = 176,1111 × 136,0893 = 23966,8406 kg/jam PAP : 11

PAP

F = N11PAP× Mr = 22,0139 × 1720,6766 = 37878,7879 kg/jam Air : 9

Air

F = FAir5 = 111415,3777 kg/jam

10 Air

F = FAir6 = 108940,1846 kg/jam

11 Air

F = N11Air × Mr = 352,2223 × 18,0153 = 226700,9521 kg/jam Alur 9:

F9= 9 AP

F +FAir9 = 22283,0755 + 111415,3777 = 132907,0252 kg/jam Alur 10:

F10= 10 PP

F +FAir10= 23966,8406 + 108940,1846 = 132907,0252 kg/jam Alur 11:

F11= 11 AP

F +FPAP11 +FAir11 = 2025,7341 + 37878,7879 + 226700,9521 = 266605,4741 kg/jam

Neraca Massa Total : F9 + F10 = F11

132907,0252 + 132907,0252 = F11 F11 = 266605,4741 kg/jam

Tabel A.4 Neraca Massa Reaktor (R-101)

Komponen

Alur

Masuk (kg/jam ) Keluar (kg/jam)

9 10 11

NH4H2PO4 22283,0755 - 2025,7341

KH2PO4 - 23966,8406 -

[KNH4(PO3)2]8 - - 37878,7879

H2O 132907,0252 132907,0252 226700,9521

(5)

A.4 Evaporator (FE-101)

Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian air yang terdapat dalam Potassium Ammonium Polyphosphate yang berasal dari reaktor.

Efisiensi = 90 %

Evaporator (FE-101) PAP

AP Air

Air

11 12

13

PAP AP Air Neraca Massa Komponen :

AP : 12 AP

F = FAP11 = 2025,7341 kg/jam PAP : 12

PAP

F = F11PAP= 37878,7879 kg/jam Air : 13

Air

F = 0,9 ×FAir11 = 0,9 × 226700,9521 kg/jam = 204030,8569 kg/jam 12

Air

F = 0,1 × F11Air= 0,1 × 226700,9521 kg/jam = 22670,0952 kg/jam Neraca Massa Total :

F11 = F12 + F13

266605,4741 = F12 + 204030,8569 F12 = 62574,6172 kg/jam

Tabel A.5 Neraca Massa Evaporator (FE-101)

Komponen

Alur

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

11 12 13

NH4H2PO4 2025,7341 2025,7341 -

[KNH4(PO3)2]8 37878,7879 37878,7879 -

H2O 226700,9521 22670,0952 204030,8569

Total 266605,4741 266605,4741

A.5 Spray Dryer (D-101)

Alat ini digunakan untuk menguapkan air yang terdapat dalam Potassium Ammonium Polyphosphate yang berasal dari evaporator.

(6)

Spray Dryer

(D-101) PAP AP Air Air

12 15

16

PAP AP Air

Neraca Massa Komponen: Air : 12

Air

F = FAir15 + F16Air

15 Air

F = 0,02 × FAir12 = 0,02 × 22670,0952 = 453,4019 kg/jam

16 Air

F = 0,98 × FAir12 = 0,98 × 22670,0952 = 22216,6933 kg/jam AP : 15

AP

F = FAP12 15

AP

F = 2025,7341 kg/jam PAP : 15

PAP

F = FPAP12

15 PAP

F = 37878,7879 kg/jam Neraca Massa Total:

F12 = F15 + F16

62574,6172 = F15 + 22216,6933 F15 = 40357,9239 kg/jam

Tabel A.6 Neraca Massa Spray Dryer (D-101) Komponen

Alur

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

12 15 16

NH4H2PO4 2025,7341 2025,7341 -

[KNH4(PO3)2]8 37878,7879 37878,7879 -

H2O 22670,0952 453,4019 22216,6933

(7)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas Produksi : 37878,7879 kg/jam Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Satuan operasi : kg/jam

Suhu referensi : 25 oC (298,15 K) B.1 Data Perhitungan Cp

Tabel B.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk Perhitungan Cp Gas

Komponen A B C d e

H2O 3,40471E+01 -9,65604E-03 3,29883E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 (Reklaitis, 1983)

Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [J/mol. K]

Tabel B.2 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan

Komponen a b C d

H2O 1,829E+01 0,4721 -0,0013 1,314E-06

(Reklaitis, 1983)

Cp = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K]

B.2 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Kopp’s Rule

Tabel B. 3 Kontribusi Unsur dan Gugus untuk Estimasi Cp Unsur ΔE (J/mol.K)

(8)

Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: (Perry, 2008)

Keterangan:

Cp = Kapasitas panas (J/mol.K) Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa ΔEi = Nilai kontribusi unsur i 1. Ammonium Phosphate (NH4H2PO4)

Cp = 18,74 + (6 × 7,56) + 26,63 + (4 × 13,42) Cp = 144,41 J/mol.K

2. Potassium Phosphate (KH2PO4)

Cp = 28,78 + (2 × 7,56) + 26,63 + (4 × 13,42) Cp = 124,2 J/mol.K

3. Potassium Ammonium Polyphosphate [(KNH4(PO3)2]8

Cp = [28,78 + 18,74 + (4 × 7,56) + (2 × 26,63) + (6 × 13,42)] × 8 Cp = 1692,32 J/mol.K

Tabel B.4 Data Panas Laten Air ∆Hvl (kJ/kg) T (oC)

2257,06 100

2230 110

2189 124,7

1806,425 230

(Geankoplis, 2003) Keterangan :

∆Hvl : Panas laten (kJ/kg)

B.3 Panas Pembentukan Standar

Tabel B.5 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ∆Hof

Ammonium Phosphate -1445,07 kJ/mol Potassium Phosphate -1568,3 kJ/mol Potassium Ammonium Polyphosphate -1692,6 kJ/mol

Air -285,83 kJ/mol

(9)

B.4 Perhitungan Neraca Panas untuk Masing-Masing Alat

B.4.1 Heater (E-101)

AP Air 80 oC, 1 atm

AP Air 25 oC, 1 atm

Air Pemanas 230 oC

Kondensat 90 oC

7 9

7 AP

F = 22283,0755 kg/jam

7 AP

N = (22283,0755 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/115,0259 gram) = 193722,2447 mol/jam

7 Air

F = 111415,3777 kg/jam

7 Air

N = (111415,3777 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 6184486,3936 mol/jam

Neraca Panas Masuk: Qin = N7AP

298,15

298,15

CpdT + N7Air 298,15

298,15

CpdT= 0

Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin = Qout

0 = 133698,4533 . 16,6109 . (Tout– 273,15) (Tout– 273,15) = 0

Tout = 273,15 K = 25oC

Tabel B.6 Neraca Panas Keluar E-101 Senyawa N9out (mol/jam)

353,15

298,15

CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) Ammonium Phosphate 193722,2447 7,9425 1538648,6145

Air 6184486,3936 4,3748 27055715,0638

(10)

Neraca Panas Keluar: Qout = N9AP

353,15

298,15

CpdT+ 9

Air

N

353,15

298,15

CpdT= 1538648,6145 + 27055715,0638 = 28594363,6784 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout– Qin

= 28594363,6784- 0 kJ/jam = 28594363,6784 kJ/jam

Massa air pemanas(230 oC) yang diperlukan adalah:

m =

1

2 H

H dQ/dt

m =

376,92

-1806,4250 784 28594363,6

= 20002,9826 kg/jam

B.4.2 Heater (E-102)

PP Air 80 oC, 1 atm

PP Air 25 oC, 1 atm

Air Pemanas 230 oC

Kondensat 90 oC

8 10

8 PP

F = 23966,8406 kg/jam

8 PP

N = (19972,3672 kg/jam)(1000 gram/kg)(1 mol/136,0893 gram) = 176111,1315 mol/jam

8 Air

F = 108940,1846 kg/jam

8 Air

(11)

Neraca Panas Masuk: Qin = N8PP

298,15

298,15

CpdT + N8Air 298,15

298,15

CpdT= 0

Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin = Qout

0 = 132907,0252 . 16,9037 . (Tout– 273,15) (Tout– 273,15) = 0

Tout = 273,15 K = 25oC

Tabel B.7 Neraca Panas Keluar E-102 Senyawa N10out (mol/jam)

353,15

298,15

CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) Potassium Phosphate 176111,1315 6,8316 1203112,0006

Air 6047092,4494 4,3748 26454647,9470

Total Panas Keluar 27657759,9476

Neraca Panas Keluar: Qout = N10PP

353,15

298,15

CpdT+ N10Air 353,15

298,15

CpdT= 1203112,0006 + 26454647,9470 = 27657759,9476 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout– Qin

= 27657759,9476 - 0 kJ/jam = 27657759,94764 kJ/jam

Massa air pemanas(230 oC) yang diperlukan adalah:

m =

1

2 H

H dQ/dt

m =

376,92

-1806,4250

4764 27657759,9

(12)

B.4.3 Reaktor (R-101)

Neraca Panas Masuk Panas masuk pada alur 9, (Q9) =N9AP

353,15

298,15

CpdT+ N9Air 353,15

298,15

CpdT

= 1538648,6145 + 27055715,0638 = 28594363,6784 kJ/jam Panas masuk pada alur 10,

(Q10) = N10PP 353,15

298,15

CpdT+ N10Air

353,15

298,15

CpdT

= 1203112,0006 + 26454647,9470 = 27657759,9476 kJ/jam Qin = Q9 + Q10

= 28594363,6784 kJ/jam + 27657759,9476 kJ/jam = 56252123,6260 kJ/jam

Tabel B.8 Neraca Panas Masuk R-101 Senyawa N9in (mol/jam)

353,15

298,15

CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) Ammonium Phosphate 193722,2447 7,9425 1538648,6145

Air 6184486,3936 4,3748 27055715,0638

Senyawa N10in (mol/jam)

353,15

298,15

CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) Potassium Phosphate 176111,1315 6,8316 1203112,0006

Air 6047092,449477 4,3748 26454647,9470

Total Panas Masuk 56252123,6260

PP Air 80 oC, 1 atm

AP Air

80 oC, 1 atm PAP

AP Air 210 oC, 1 atm 9

10

11

Sat. Steam

230 oC

(13)

Neraca Panas keluar

N = 22,0139 kmol/jam x 1692,32 J/mol.K (483,15- 298,15)

= 6892091,5215 kJ/jam

11

N = 17,6111 kmol/jam x 144,41 J/mol.K (483,15-298,15)

= 470495,8573 kJ/jam

11

N = 12583801,1060 kmol/jam x 15419,0272 J/mol

= 194029971,4065 kJ/jam Qout = Q11PAP +

= 6892091,5215 kJ/jam + 470495,8573 kJ/jam + 194029971,4065 kJ/jam = 201392558,7853 kJ/jam

Tabel B.9 Neraca Panas Keluar R-101

Senyawa N

Total Panas Keluar 201392558,7853

Reaksi di dalam Reaktor:

8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) → [KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l) r1 =

8 N x konversi 8PP

r1 =

8 176,1111 x

1 = 22,0139 kmol/jam = 22013,8914 mol/jam

(14)

= [∆Ho

f [KNH4(PO3)2]8 + 16 x ∆HofH2O – 8 x ∆Hof NH4H2PO4 - 8 x KH2PO4]

= [(-1692,57) + (16 x-285,83) - (8 x -1445,07) - (8 x -1568,3)] = 17841,11 kJ/mol

Q reaksi = 17841,11 kJ/mol x 22013,8914 mol/jam = 392752258,7406 kJ/jam

dQ/dt = Qout– Qin+ Qreaksi

= 201392558,7853 – 56252123,6260 + 392752258,7406 = 537892693,8999 kJ/jam

Massa saturated steam (230 oC) yang diperlukan adalah:

m =

C) (230

ΔH

dQ/dt

0 vl

=

1806,4250 8999 537892693,

= 297766,4137 kg/jam

B.4.5 Evaporator (FE-101)

Saturated steam 230 oC

11

12 13

PAP AP Air 210 oC

PAP AP Air

220 o

C Uap air 220 o

C

Neraca Panas Masuk Evaporator : Qin = N11PAP

483,15

298,15

CpdT+ 11

AP

N

483,15

298,15

CpdT+ 11

Air

N

483,15

298,15

CpdT

(15)

Tabel B.10 Neraca Panas Masuk FE-101

Total Panas Masuk 201392558,7853

Neraca Panas Keluar Evaporator : Qout = N12Air 561829568,9884 = 775174511,3001 kJ/jam

Tabel B.11 Neraca Panas Keluar FE-101 Senyawa N12out (mol/jam)

Total Panas Keluar 775174511,3001

dQ/dT = Qout – Qin

(16)

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 230 o

C. Data saturated steam pada 230 oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:

∆Hvl (Panas penguapan steam pada suhu 230 oC) = 1806,425 kJ/kg Maka steam yang dibutuhkan:

m =

vl

H dQ/dt

=

1806,425 5148 573781952,

= 317633,9746 kg/jam B.4.4 Sub Cooler Condenser (E-103)

Air 25oC

Uap air

220o C Air85 oC

Air 90 oC

13 14

Neraca Panas Masuk: Q13 =

493,15

298,15 13

air

Uap CpdT

ΣN = 11325420,9954 kg/jam × 5,9993 kJ/mol (1000

gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 185025939,5131 kJ/jam Panas yang dilepas pengembunan uap air :

Q = F13 . ∆Hvl

= 204030,8569 × 2753,65 = 561829568,9884 kJ/jam Qin = Q13 + F13. ∆Hvl = 185025939,5131 + 561829568,9884

(17)

Tabel B.12 Neraca Panas Masuk E-103 Senyawa N13in (mol/jam)

373,15

298,15

CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam)

H2O 11325420,9954 16,3372 185025939,5131

Senyawa H2O

F11in (kg/jam) 204030,8569

∆Hvl (kJ/kg) 2753,65

Q (kJ/jam) 561829568,9884

Total Panas Masuk 746855508,5015

Neraca Panas Keluar:

Panas keluar T = 328,15 K (550C) melibatkan perubahan fasa, sehingga berlaku:

2

b 2

1

b

1

T

T v T

T

T

T

Vl

ldT ΔH Cp dT

Cp CpdT

sehingga diperoleh : Qout =Nair

353,15

289,15

CpdT= 11325,4210 (4395,1653) = 79620612,9192 kJ/jam Tabel B.13 Neraca Panas Keluar E-103

Senyawa N14in (mol/jam)

328,15

289,15

CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam)

H2O 11325,4210 4395,1653 79620612,9192

Total Panas Keluar 79620612,9192

Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout– Qin

= 79620612,9192 – 746855508,5015 kJ/jam = -667234895,5823 kJ/jam

Air (saturated): H(25 0C) = 104,8 kJ/kg (Smith, dkk., 2005) H(90 0C) = 376,92 kJ.kg (Smith, dkk., 2005) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1

2 H

H dQ/dt

m =

8 , 104 376,92

5823 667234895,

(18)

B.4.5 Spray Dryer (D-101)

D-101 16

15 12

Udara Bekas Air T = 90 oC

PAP AP Air T = 90 oC

X= 2 % PAP

AP Air T=220 oC X = 10 %

Udara Dingin 30 oC

Temperatur basis, To = 0 oC

Panas laten air (0 oC), ∆Hvl = 2501,6 kJ/kg.K Kapasitas panas , Cp PAP = 0,001 kJ/kg.K

Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H

Humiditas udara (Tudara masuk 30oC), Hin = 0,025 kg H2O/kg udara (Walas, dkk., 1990) Kapasitas panas air, Cpair (220 oC) = 4,219 kJ/kg.K, Cpair (90 oC) = 4,208 kJ/kg.K Kapasitas panas udara, Cpudara (30oC) = 1,0048 kJ/kg.K

H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi. ∆Hvlo

H’ padatan = Cp padatan (Ti-To) + Xi. Cp air (Ti-To) Dimana:

H’ = entalpi (kJ/kg)

Cs = panas humiditas air udara (kJ/kg.K) Cp = kapasitas panas (kJ/kg.K)

H = humiditas udara (kg H2O/kg udara kering) X = moisture content padatan (kg air/kg padatan) ∆Hvl = panas laten air (kJ/kg)

T = temperatur (0 oC)

30oC, H’ udaramasuk = [(1,005 + 1,88 × 0,025) × (30-0)] + (0,025 × 2501,6) 30oC, H’ udara masuk = 94,1

(19)

90oC, H’ udara keluar= H’= 90,45 + 2670,8 H

H’ padatan masuk= [(0,001) × (220-0)] + [0,1 × 4,219 × (220-0)] = 93,0344 H’ padatan keluar= [(0,001) × (90-0)] + [0,02 × 4,208 × (90-0)] = 7,6629

Tabel B.14 Entalpi Spray Dryer (kJ/kg)

Alur H’ masuk H’ keluar

Masuk Udara 94,1

Keluar - 90,45 + 2670,8 H

Masuk Padatan 93,0344

Keluar - 7,6629

F padatan = 37878,7879 kg/jam NeracaPanas Total Spray Dryer

Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan.

dT dQ

Q out– Q in= 0 → Q out= Q in

Fudara× H’udaramasuk+ Fpadatan× H’in= F’udara× H’udarakeluar + F padatan× H’out Fudara× H’udaramasuk+ Fpadatan× H’in= F’udara× H’+ F padatan× H’out

[(Fudara× 94,1) + (37878,7879 × 93,0344)] = [F’udara× (90,45 + 2670,8 H) + (37878,7879 × 7,6629)]

[(Fudara× 94,1) + 3524029,3341] = [Fudara× (90,45 + 2670,8 H) + 290262,0003] 94,1 Fudara + 3233767,3338 = 90,45 Fudara+ 2670,8 Fudara H

3,65 Fudara + 3233767,3338 = 2670,8 FudaraH --*) Neraca Massa Kandungan Air

[(Fudara× Hin)+ (Fpadatan× Xin)] = [( Fudara× H42)+ (F padatan× Xout)]

[(Fudara× 0,025) + (37878,7879 × 0,1)] = [(Fudara× H) + (37878,7879 × 0,02)] 0,025 Fudara+ 3787,8788 = Fudara× H + 757,5758

0,025 Fudara+ 3030,3030 = Fudara× H ---**)

Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 3,65 Fudara + 3233767,3338 = 2670,8 × (0,025 Fudara+ 3030,3030) 3,65 Fudara + 3233767,3338 = 66,77 Fudara+ 8093333,3333

3,65 Fudara– 66,77 Fudara= 4859565,9996 -63,12 Fudara= 4859565,9996

(20)

Disubstitusi ke persamaan **) 0,025 Fudara+ 3030,3030 = Fudara× H

(21)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1 Gudang Penyimpanan Ammonium Phosphate (NH4H2PO4) (G-101)

Fungsi : Menyimpan padatan ammonium phosphate Bentuk bangunan : Dinding : beton

Lantai : aspal Atap : seng

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan :

Kondisi ruangan : Temperatur : 25 0C Tekanan : 1 atm Kebutuhan : 30 hari

Perhitungan desain bangunan :

Bahan baku NH4H2PO4 dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan memuat masing-masing 30 kg bahan baku NH4H2PO4.

Densitas NH4H2PO4 = 1803 kg/m3 (Perry, dkk., 2008) Jadi, 1 karung memuat :

Kebutuhan = 22283,0755 kg/jam

Banyaknya karung yang diperlukan dalam 30 hari :

= 534793,8131 karung Diambil 534793 karung, maka :

Volume karung tiap 30 hari = 534793 karung × 0,0166 m3 = 8898,4027m3 Faktor kosong ruangan = 20%

(22)

Volume total = (1,4) × 8898,4027 m3 = 12457,7637 m3 Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t)

volume = panjang × lebar × tinggi = (2t) × (2t) × t

12457,7637 m3= 4t3

t = 14,6036 m

Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang = (2) × 14,6036 m = 29,2072 m

lebar = (2) × 14,6036 m = 29,2072 m tinggi = 14,6036 m

C.2 Belt Conveyor (C-101)

Fungsi : mengangkut reaktan NH4H2PO4 menuju tangki pencampur M-101 Jenis : continuous belt conveyor

Bahan : Carbon steel

Kondisi operasi : Temperatur = 25 0C Tekanan = 1 atm Laju bahan : 22283,0755 kg/jam

Faktor kelonggaran : 12 % (Tabel 28-8 Perry, dkk., 2008) Kapasitas total belt conveyor :

= 1,12 Laju bahan

= 1,12 22283,0755 kg/jam = 24957,0446 kg/jam

= 24,9570 ton/jam

Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi :

(Tabel 21–9, Perry, dkk., 2008)

- Lebar beltconveyor = 14 in - Luas permukaan muatan = 0,11 ft2 - Lapisan belt maksimum = 5

(23)

Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

L m 0,0027

P 0,82 (Peters, dkk., 2004) Keterangan: P = daya (kW)

m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 24,9570 ton/jam = 6,9325 kg/s

L = 25 ft = 7,62 m

hp 0,1350 kW

0,1007 (7,62)

(6,9325) 0,0027

P 0,82

Digunakan daya motor standar ¼ hp.

C.3 Gudang Penyimpanan Potassium Phosphate (KH2PO4) (G-102)

Fungsi : Menyimpan padatan potassium phosphate Bentuk bangunan : Dinding : beton

Lantai : aspal Atap : seng Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan :

Kondisi ruangan : Temperatur : 25 0C Tekanan : 1 atm Kebutuhan : 30 hari

Perhitungan desain bangunan :

Bahan baku KH2PO4 dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan memuat masing-masing 30 kg bahan baku KH2PO4.

Densitas KH2PO4 = 2338 kg/m3 (Perry, dkk., 2008) Jadi, 1 karung memuat :

(24)

= 575204,1747 karung Diambil 575205 karung, maka :

Volume karung tiap 30 hari = 575205 karung × 0,0128 m3 = 7380,7314 m3 Faktor kosong ruangan = 20%

Area jalan dalam gudang = 20% Volume ruang yang dibutuhkan : Volume total = (1,4) × 7380,7314 m3

= 10333,0240 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t)

volume = panjang × lebar × tinggi = (2t) × (2t) × t

10333,0240 m3= 4t3

t = 13,7211 m

Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang = (2) × 13,7211 m = 27,4422 m

lebar = (2) × 13,7211 m = 27,4422 m tinggi = 13,7211 m

C.4 Belt Conveyor (C-102)

Fungsi : Mengangkut reaktan KH2PO4 menuju tangki pencampur T-102 Jenis : Continuous belt conveyor

Bahan : Carbon steel

Kondisi operasi : Temperatur = 25 0C Tekanan = 1 atm Laju bahan : 23966,8406 kg/jam

Faktor kelonggaran : 12 % (Tabel 28-8 Perry, dkk., 2008) Kapasitas total belt conveyor :

= 1,12 Laju bahan

(25)

= 26842,8615 kg/jam = 26,8429 ton/jam

Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi :

(Tabel 21–9, Perry, dkk., 2008)

- Lebar beltconveyor = 14 in - Luas permukaan muatan = 0,11 ft2 - Lapisan belt maksimum = 5

- Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

L m 0,0027

P 0,82 (Peters, dkk., 2004)

Keterangan: P = daya (kW)

m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 26,8429 ton/jam = 7,4564 kg/s

L = 25 ft = 7,62 m

Maka P 0,0027(7,4564)0,82(7,62) 0,1069kW 0,1433hp

Digunakan daya motor standar ¼ hp. C.5 Tangki Pencampur(M-101)

Fungsi : Mencampur reaktan Ammonium Phosphate (NH4H2PO4),pelarut air (H2O)

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jumlah : 1 unit

Bahan : carbon steel SA-113 grade C Data :

a) Densitas

- NH4H2PO4 = 1803 kg/m3 (Perry dkk., 2008) - H2O = 997,08 kg/m3 (Perry dkk., 2008) b) Viskositas

(26)

Tabel C.1 Komposisi Bahan pada Tangki Pencampur(M-101) Komponen Massa

(kg/jam) (kg/m 3

) Volume

(m3/jam) μ (cP)

mol

(kmol/jam) % mol

In μ (cP)

NH4H2PO4 22283,0755 1803 12,3589 - 193,7222 0,0304 -

H2O 111415,3777 997,08 111,7417 0,8937 6184,4864 0,9696 -0,1124

133698,4533 124,1006 6378,2086 1,0000 -0,1124

= 1077,3397

0,8937 (Perry, dkk., 2008) Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm

Temperatur = 25 0C Faktor kelonggaran : 20 %

Hc

Hs

He

Dt

Keterangan; Ht = Hs + 2 He Ht = Tinggi Mixer Hs = Tinggi Shell

He = Tinggi Ellipsoidal Head Hc = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer

Gambar C.1 Mixer

Perhitungan,

Lama waktu pencampuran = 15 menit = 0,25 jam

V larutan (V1) =

) 3 kg/m (1077,3397

jam) (0,25 kg/jam) 33

(133698,45

= 31,0251 m3 V tangki (Vt) = (1+0,2) (31,0251 m3) = 37,2302 m3

Untuk pengadukan, Dt = Hc ;

(27)

Keterangan: Hcs = Tinggi cairan di dalam shell Hc = Tinggi cairan di dalam mixer He = Tinggi ellipsoidal head

Dt = Diameter tutup = diameter mixer Rasio axis ellipsoidal head = 2 : 1

Tinggi tutup (He) = 4

Dt

(Brownell dan Young, 1959) Maka,

Dt = Hcs + He = Hcs + 4

Dt

Hcs =

4 3

Dt

Volume tutup bawah mixer = 3

24Dt (Brownell dan Young, 1959)

Volume cairan dalam shell = 2

4 Dt Hcs =

2

4Dt 4Dt 3

= 3

16 3

t

D

Volume cairan dalam tangki = 3 16

3

t

D + 3

24Dt 37,2302 m 3

= 3

48 11

t

D

Sehingga, Dt = 3,7262 m = 146,7022 in

Maka tinggi cairan dalam tangki (Hc) = 3,7262 m

Direncanakan digunakan tangki dengan perbandingan Dt : Ht = 1 : 1, Ht = Dt = 3,7262 m

Tinggi tutup (He), He =

4

Dt

= 4

m 3,7262

= 0,9316 m Tinggi shell (Hs),

Hs = Ht − 2He = 3,7262 − (2 × 0,9316) = 1,4380 m Tekanan operasi = 1 atm (101,325 kPa)

Tekanan hidrostatis = ρ×g×l = (1077,3397 kg/m3)(9,8 m/s2)(3,7262 m) = 39341,4205 Pa

= 39,3414 kPa p = (101,325 + 39,3414) kPa

= 140,6664 kPa = 20,4020 lb/in2 Faktor kelonggaran = 20%

(28)

Jenis sambungan = Double welded butt joint

Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable Stress = 11.050 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun

Tebal shell tangki (t),

c SE 2

D P (t) silinder

Tebal t

(Brownell dan Young, 1959) keterangan : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

p = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress(lb/in2) E = efisiensi pengelasan

c = korosi yang diizinkan (in)

m 0,0053 in

0,2073

0042 , 0 8 , 0 050 . 11 2

146,7022 24,4824

t

Dipilih tebal silinder standar = ¼ in

Tutup tangki atas terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup atas adalah ¼ in.

Perancangan pengaduk,

H

Dt E

W L

Da

J

H = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer Da = Diameter Impeller

E = Jarak Pengaduk dari Dasar Tangki J = Lebar Baffle

W = Lebar Impeller L = Panjang Impeller Keterangan ;

Gambar C.2 Pengaduk Dalam Mixer Jenis : Flat Six Blade Turbin Impeller

Jumlah Baffle : 4 buah

(29)

Da : Dt = 1 : 3 Kecepatan pengadukan = 180 rpm = 3 rps ρ = 1077,3397 kg/m3 = 67,2560 lbm/ft3 gc = 32,2 ft/s2

μ = 0,8937 cP = 1329,9701 lbm/ft.s Bilangan Reynold (NRe),

NRe =

NRe > 10.000 maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus:

NP = 3 5 p = 17743,7622 ft.lbf/s = 32,2614 hp

Efisiensi motor penggerak = 80% Maka,

Daya motor penggerak = 8

C.6 Tangki Pencampur(M-102)

Fungsi : mencampur reaktan Potassium Phosphate (KH2PO4),pelarut air (H2O) Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

(30)

Bahan : carbon steel SA-113 grade C Data :

a) Densitas

- KH2PO4 = 2338 kg/m3 (Perry dkk., 2008) - H2O = 997,08 kg/m3 (Perry dkk., 2008) b) Viskositas

- H2O = 0,8973 cP (Perry dkk., 2008)

Tabel C.2 Komposisi Bahan pada Tangki Pencampur(M-102) Komponen Massa

(kg/jam) (kg/m 3

) Volume

(m3/jam) μ (cP)

mol

(kmol/jam) % mol

In μ (cP)

KH2PO4 23966,8406 2338 10,2510 - 176,1111 0,0283 -

H2O 108940,1846 997,08 109,2592 0,8937 6047,0924 0,9717 -0,124

132907,0252 119,5102 6223,2036 1,0000 -0,1124

= 1112,0975 kg/m3

0,8937 (Perry, dkk., 2008) Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm

Temperatur = 25 0C Faktor kelonggaran : 20 %

Hc

Hs

He

Dt

Keterangan; Ht = Hs + 2 He Ht = Tinggi Mixer Hs = Tinggi Shell

He = Tinggi Ellipsoidal Head Hc = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer

Gambar C.3 Mixer

Perhitungan,

(31)

V larutan (V1) =

Untuk pengadukan, Dt = Hc ;

Dt = Hcs + He ;

Keterangan: Hcs = Tinggi cairan di dalam shell Hc = Tinggi cairan di dalam mixer

(Brownell dan Young, 1959) Maka,

Volume cairan dalam tangki = 3 16

Maka tinggi cairan dalam tangki (Hc) = 3,6797 m

Direncanakan digunakan tangki dengan perbandingan Dt : Ht = 1 : 1, Ht = Dt = 3,6797 m

(32)

Tekanan hidrostatis = ρ×g×l = (1112,0975 kg/m3)(9,8 m/s2)(3,6797 m) = 40103,6618 Pa

= 40,1037 kPa p = (101,325 + 40,1037) kPa

= 141,4287 kPa = 20,5126 lb/in2 Faktor kelonggaran = 20%

Tekanan Desain = (1,2) (141,4287 kPa) = 169,7144 kPa Jenis sambungan = Double welded butt joint

Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable Stress = 11.050 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun

Tebal shell tangki (t),

c SE 2

D p (t) silinder

Tebal t

(Brownell dan Young, 1959) keterangan : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

p = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress(lb/in2) E = efisiensi pengelasan

c = korosi yang diizinkan (in)

m 0,0086 in

0,3404

0042 , 0 8 , 0 050 . 11 2

144,8707

24,6151 t

Dipilih tebal silinder standar = ¼ in

Tutup tangki atas terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup atas adalah ¼ in.

(33)

H

Dt E

W L

Da

J

H = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer Da = Diameter Impeller

E = Jarak Pengaduk dari Dasar Tangki J = Lebar Baffle

W = Lebar Impeller L = Panjang Impeller Keterangan ;

Gambar C.4 Pengaduk Dalam Mixer Jenis : Flat Six Blade Turbin Impeller

Jumlah Baffle : 4 buah

Untuk turbin standar, (Geankoplis, 2003)

Da : Dt = 1 : 3

Da = (1/3) (3,6797 m) = 1,2266 m = 4,0241ft E : Da = 1

E = 0,9657 m L : Da = 1 : 4

L = (1/4) (1,2266 m) = 0,3066 m W : Da = 1 : 5

W = (1/5) (1,2266 m) = 0,2453 m J : Dt = 1 : 12

J = (1/12) (3,6797 m) = 0,3066 m Kecepatan pengadukan = 180 rpm = 3 rps ρ = 1112,0975 kg/m3 = 69,4258 lbm/ft3 gc = 32,2 ft/s2

μ = 0,8937 cP = 1329,9701 lbm/ft.s Bilangan Reynold (NRe),

NRe =

2

Di N

=

1329,9701 2 ) 4,0241 )(

3 )( 69,4258 (

= 4485711,2142

(34)

NP = 3 5

Da N

gc P

= 2,8 (Geankoplis, 2003)

p =

gc Da N

Np 3 5

=

) 2 , 32 (

5 ) (3,6797 3

) 3 ( ) 69,4258 (

8 , 2

p = 17201,0447 ft.lbf/s = 31,2746 hp

Efisiensi motor penggerak = 80% Maka,

Daya motor penggerak = 8 , 0 31,2746

= 39,0933 hp C.7 Tangki Penampungan Sementara (T-101)

Fungsi :menampung larutan Ammonium Phosphate Jenis : tangki dengan tutup dan alas ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-129, Grade C

Kondisi operasi : Temperatur (T) : 250C (373,15 K) Tekanan (P) : 1 atm

Waktu tinggal (τ) : 2 jam

F : 133698,4533 kg/jam

ρcampuran : 1077,3397 kg/m3

Q : 62,0503 m3/jam

μcampuran : 0,8937 cP

Ukuran tangki,

Volume tangki yang ditempati bahan = (Vo)

= 2 jam x 62,0503 m3/jam = 124,1006 m3

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry, dkk., 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) × 124,100 m3

= 1,2 × 124,100 m3 = 148,9207 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Volume silinder (Vs) = ¼ Dt2 Hs

(35)

Untuk tinggi head (Hh) = 1/4 Dt ; diperoleh volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal = /12 Dt3 (Brownell dan Young, 1959)

Vt = Vs + 2 Vh

Vt = (5 /16 Dt3)+ ( /12 Dt3) Vt = 19 /48 Dt3

m 5,9150 3

19 148,9207 48

3 19

Vt 48 (D) tangki Diameter

Tinggi silinder (Hs) = 5/4 Dt = 5/4 5,9150 m = 7,3938 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 Dt = 1/4 × 5,9150 m = 1,4788 m Tinggi tangki (HT) = Hs + 2Hh = 10,3513 m

Tekanan desain,

Volume tangki = 148,9207 m3 Volume cairan = 124,1006 m3 Tinggi tangki = 10,3513 m Tinggi cairan dalam tangki =

tangki volume

tangki tinggi

tangki dalam cairan

V

=

148,9207 10,3513 124,1006

= 8,6261 m Tekanan hidrostatis = (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki)

= (1077,3397 kg/m3) (9,8 m/s2) (8,6261 m) = 62450,6123 Pa

= 62,4506 kPa p = (101,325 + 62,4506) kPa

= 163,7756 kPa

Faktor kelonggaran = 20%

Tekanan Desain = (1,2) (163,7756 kPa) = 196,5307 kPa = 28,5045 lb/in2

Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder),

Jenis sambungan = Double welded butt joint

(36)

Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun Tebal shell tangki (t),

c SE 2

D P (t) silinder

Tebal t

(Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

P = tekanan desain (lb/in2) = 28,5045 lb/in2 Dt = diameter dalam tangki (in) = 232,8753 in S = allowable working stress(lb/in2)

E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in)

m 0,0096 in

0,3797

0042 , 0 8 , 0 050 . 11 2

232,8753 l28,5045

d

Dipilih tebal silinder standar = ½ in

Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup adalah ½ in.

C.8 Tangki Penampungan Sementara (T-102)

Fungsi :menampung larutan Potassium Phosphate Jenis : tangki dengan tutup dan alas ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-129, Grade C

Kondisi operasi : Temperatur (T) : 250C (373,15 K) Tekanan (P) : 1 atm

Waktu tinggal (τ) : 60 menit = 1 jam

F : 132907,02523 kg/jam

ρcampuran : 1112,0975 kg/m3

Q : 59,7551 m3/jam

μcampuran : 0,8937 cP

Ukuran tangki,

Volume tangki yang ditempati bahan = (Vo)

(37)

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry, dkk., 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) × 119,5102 m3

= 1,2 × 124,100 m3 = 143,4123 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Volume silinder (Vs) = ¼ Dt2 Hs

Vs = (5/16) Dt3

Untuk tinggi head (Hh) = 1/4 Dt ; diperoleh volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal = /12 Dt3 (Brownell dan Young, 1959)

Vt = Vs + 2 Vh

Vt = (5 /16 Dt3)+ ( /12 Dt3) Vt = 19 /48 Dt3

m 5,8412 3

19 143,4123 48

3 19

Vt 48 (D) tangki Diameter

Tinggi silinder (Hs) = 5/4 Dt = 5/4 5,8412 m = 7,3015 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 Dt = 1/4 × 5,8412 m = 1,4603 m Tinggi tangki (HT) = Hs + 2Hh = 10,2221 m

Tekanan desain,

Volume tangki = 143,4123 m3 Volume cairan = 119,5102 m3 Tinggi tangki = 10,2221 m Tinggi cairan dalam tangki =

tangki volume

tangki tinggi Vcairan dalam tangki

=

143,4123 10,2221 119,5102

= 8,5184 m Tekanan hidrostatis = (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki)

= (1112,0975 kg/m3) (9,8 m/s2) (8,5184 m) = 63660,5949 Pa

= 63,6606 kPa p = (101,325 + 63,6606) kPa

(38)

Faktor kelonggaran = 20%

Tekanan Desain = (1,2) (164,9856 kPa) = 197,9827 kPa = 28,7151 lb/in2

Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder),

Jenis sambungan = Double welded butt joint

Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable Stress = 11.050 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun

Tebal shell tangki (t),

c SE 2

D P (t) silinder

Tebal t

(Brownell dan Young, 1959) dimana : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

P = tekanan desain (lb/in2) = 28,7151 lb/in2 Dt = diameter dalam tangki (in) = 229,9679 in S = allowable working stress(lb/in2)

E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in)

m 0,0096 in

0,3777

0042 , 0 8 , 0 050 . 11 2

229,9679 28,7151

d

Dipilih tebal silinder standar = ½ in

Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup adalah ½ in.

C. 9 Pompa Ammonium Phosphate (P-101)

Fungsi : Memompa larutan ammonium phosphate dari tangki penampung ke Reaktor (R-101)

Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit Data perhitungan:

(39)

F : 133698,4533 kg/jam ρ : 1077,3397 kg/m3 μ : 0,8937 cP Laju alir volumetrik: mv = Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,0345 m3/s) 0,45 × (1077,3397) 0,13 = 0,1977 m = 7,7829 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 3½ in

Schedule number : 40

Diameter dalam (ID) : 3,548 in = 0,0901 m = 0,2957 ft Diameter luar (OD) : 4 in = 0,3333 ft

Inside sectional area, A : 0,0687 ft2

Kecepatan linier, V = 17,7196

2 Bilangan Reynold:

NRe = 586733,4911

(aliran turbulen) Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004) pada NRe = 586733,4911 dan ε/D = 0,0005

diperoleh harga factor fanning (Gambar 5.1) , f = 0,005 (Peters, 2004).

Friction loss :

(40)

2 elbow 90o, hf = nKf

7,3192 ft.lbf/lbm

1 check valve, hf = nKf

9,7589 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 100 ft, Ff = Dari persamaan Bernoulli :

0

gc (Geankoplis, 2003)

Keterangan : v1 = v2

80,6836 12,0106 hp

Digunakan daya motor standar 15 hp.

C. 10 Pompa Potassium Phosphate (P-102)

(41)

Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit Data perhitungan: Temperatur, T = 25 oC F : 132907,02523 kg/jam ρ : 1112,0975 kg/m3 μ : 0,8937 cP Laju alir volumetrik: mv =

3 m / kg 1112,0975

jam / kg 23 132907,025

= 0,0332 m3/s = 1,1723 ft3/s Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,0332 m3/s) 0,45 × (1112,0975) 0,13 = 0,1952 m = 7,6836 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 3½ in

Schedule number : 40

Diameter dalam (ID) : 3,548 in = 0,0901 m = 0,2957 ft Diameter luar (OD) : 4 in = 0,3333 ft

Inside sectional area, A : 0,0687 ft2

Kecepatan linier, V = 17,0642

2 ft 0687 , 0

s / 3 ft 1,1723 Av

m

ft/s Bilangan Reynold:

NRe = 583260,3219

0006 , 0

2957 , 0 17,0642 69,4528

D V

(aliran turbulen) Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004) pada NRe = 583260,3219 dan ε/D = 0,0005

ft 2957 , 0

ft 00015 , 0

(42)

Friction loss :

6,787 ft.lbf/lbm

1 check valve hf = nKf

9,0503 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 100 ft Ff = Dari persamaan Bernoulli :

0

gc (Geankoplis, 2003)

Keterangan : v1 = v2 ∆v2

= 0 p1 = p2 ∆p = 0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft

0

75,4735 11,1685 hp

(43)

C.11 Heater (E-101)

Fungsi : Menaikkan temperatur ammonium phosphate sebelum masuk ke Reaktor (R-101)

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger Bahan : Carbon Steel

Dipakai : Pipa 4 3 in IPS, 20 ft Jumlah : 1 unit

Fluida dingin

Laju alir ammonium phosphate masuk = 133698,4533 kg/jam= 294756,1747 lbm/jam

Temperatur awal (T1) = 25 0C = 77 0F Temperatur akhir (T2) = 80 0C = 176 0F Fluida panas

Laju alir air = 20002,9826 kg/jam = 44099,2584 lbm/jam Temperatur awal (t1) = 230 0C = 446 0F Temperatur akhir (t2) = 90 0C = 194 0F

Panas yang diserap (Q) = 28594363,6784 kJ/jam = 30168769,3425 Btu/jam (1) t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

T1 = 446 0F Temperatur yang lebih tinggi t1 = 77 0F t1 = 369 0F T2 = 194 0F Temperatur yang lebih rendah t2 = 176 0F t2 = 18 0F

T1– T2 =

252 0F Selisih t2– t1 = 99

0

F t1 – t02 = 351 F 116,2088

369 18 ln

351

-1 Δt2 Δt ln

1 Δt 2 Δt

LMTD 0F

(2) Tav dan tav

320 2

194 446 2

2 T 1 T av

T 0F

5 , 126 2

176 77 2

t t

t 1 2

av

(44)
(45)

= 0,0921 1 0,1312

2,8299 13280,9043

= 36720,6177 Btu/(jam)(ft2)(0F)

Fluida dingin, Ammonium Phosphate: sisi tube,

(3 ) D = 0,2557ft

(46)

(9 ) hi0= hi 60064,1215

Panjang yang diperlukan =

,917 0 530,6085

= 57,8635 ft (Tabel 11, Kern, 1965) Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri.

(13) Luas sebenarnya = 58 0,917 = 53,1860 ft2, maka

Pressure drop

Fluida panas, air : annulus

(47)

s = 1, ρ = 1 62,5 = 62,5 (Peters, dkk, 2004)

(2) ΔFa = = = 26,0872 ft

(3) V = 3600

Ga =

5 , 62 3600

85

2043497,74 = 9,0822 fps

Fi = 3× g 2

V2

= 3×

32,174 2

2 9,0822

= 3,845 ft

Δps = = = 8,9917 psi

ps yang diperbolehkan = 10 psi Fluida dingin, Ammonium Phosphate : tube

(1) Untuk Ret = 55191556,1106 f = 0,0035 +

0,42 106 55191556,1

0,264 = 0,0036

s = 1, ρ = 1 62,5 = 62,5

(2) ΔFt = = = 33,4490 ft

(3) Δpt = = 9,5178 psi

pt yang diperbolehkan = 10 psi

C.12 Heater (E-102)

Fungsi : menaikkan temperatur Potassium Phosphate sebelum masuk ke Reaktor (R-101)

Jenis : Double Pipe Heat Exchanger Dipakai : Pipa 4 3 in IPS, 20 ft Bahan : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

4.f.Ga2.L 2.g.ρ2

.De’

4 × 0,0039 × 6890255,22912 × 58 2 × 4,18.108× 62,52× 0,0438

(ΔFa + Fi) ×ρ 144

(26,0872 + 3,845) × 62,5 144

4.f.Gt2.L 2.g.ρ2

.D

4 × 0,0036× 5744404,80022×58 2 × 4,18.108× 62,52× 0,2557 33, 449 x 62,5

(48)

Fluida dingin

Laju alir potassium phosphate masuk = 132907,0252 kg/jam = 293011,3654 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 25 0C = 77 0F

Temperatur akhir (T2) = 80 0C = 176 0F Fluida panas

Laju alir air = 19347,7882 kg/jam= 42654,7944 lbm/jam Temperatur awal (t1) = 230 0C = 446 0F

Temperatur akhir (t2) = 90 0C = 194 0F

Panas yang diserap (Q) = 27657759,9476 kJ/jam = 29180596,2104 Btu/jam (3) t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

(49)

Equivalen diameter = De = 0,0943ft Fluida dingin, Potassium Phosphate: sisi tube,

(50)
(51)

(11) UD

Panjang yang diperlukan =

,917 0 51,3635

= 56,0125 ft (Tabel 11, Kern,1965) Berarti diperlukan 3 pipa hairpin 20 ft yang disusun seri.

(13) Luas sebenarnya = 57 0,917 = 52,2690 ft2, maka

Pressure drop

(52)

Fi = 3× = = 3,5978 ft

Δps = = = 8,9854psi

ps yang diperbolehkan 10 psi Fluida dingin, Ammonium Phosphate : tube

(1) Untuk Ret = 54864849,6689

f = 0,0035 + = 0,0036

s = 1, ρ = 1 62,5 = 62,5

(2) ΔFt = = = 32,4875 ft

(3) Δpt = = 9,1005 psi

pt yang diperbolehkan 10 psi C.13 Reaktor (R-101)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi antara NH4H2PO4 dan KH2PO4 membentuk[KNH4(PO3)2]8 Jenis : Tangki berpengaduk flat six blade open turbine

dengan tutup dan alas ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-129, Grade B

Kondisi operasi : Temperatur (T) : 210 0C (373,15 K) Tekanan (p) : 1 atm

Waktu tinggal (τ) : 2 jam (Sheridan et al, 1975) Data :

a) densitas

- NH4H2PO4 = 1803 kg/m3 (Perry, 2008) - [KNH4(PO3)2]8= 2070,5 kg/m3

- H2O = 997,08 kg/m3 (Perry, 2008) (ΔFa + Fi) ×ρ

144

(24,0165 + 3,5978) × 62,5 144

0,264 54864849,66890,42

4.f.Gt2.L 2.g.ρ2

.D

4 × 0,0036× 5710400,79342× 100 2 × 4,18.108× 62,52× 0,2557 32,4875× 62,5

(53)

- KH2PO4 = 2238 kg/m3 (Perry, 2008) b) viskositas

- H2O = 0,8973 cP (Perry, 2008)

Tabel C.3 Komposisi Umpan Masuk Reaktor (R-101) Komponen Laju alir

(kg/jam)

mol

(kmol/jam) % mol

Densitas (kg/m3)

Volume (m3/jam) NH4H2PO4 22283,0755 193,7222 0,0154 1803 12,3589

KH2PO4 19972,3672 146,7593 0,0117 2338 8,5425

H2O 220355,5623 5134,5152 0,9729 997,08 221,0009

Total 262611,0051 12572,0604 1,000 - 241,9023

= 1085,6078 kg/m3

(Perry, 2008) Ukuran tangki,

Volume tangki yang ditempati bahan = (Vo)

= 2 jam x 241,9023 m3/jam = 483,8045 m3

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry, 2008) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) × 483,8045 m3

= 580,5655 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 1 : 1 Volume silinder (Vs) = ¼ Dt2 Hs

Vs = (1/4) Dt3

Untuk tinggi head (Hh)= 1/4 Dt ;

diperoleh volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal = /12 Dt3 (Brownell dan Young, 1959) Vt = Vs + 2 Vh

(54)

m 4,1082 33 580,5655

3 Vt3 (D)

tangki Diameter

Tinggi silinder (Hs) = Dt = 4,1082 m

Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 Dt = 1/4 × 4,1082 m = 1,0270 m Tinggi tangki (HT) = Hs + 2Hh = 6,1623 m

Tekanan desain,

Volume tangki = 580,5655 m3 Volume cairan = 483,8045 m3 Tinggi tangki = 6,1623 m Tinggi cairan dalam tangki =

tangki volume

tangki tinggi

tangki dalam cairan

V

=

580,5655 6,1623 6,1623

= 5,1352 m Tekanan hidrostatis = (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki)

= (1085,6078 kg/m3) (9,8 m/s2) (5,1352 m) = 54633,6224 Pa = 0,5392 atm

poperasi = po + phidrostatik = (1 + 0,5392) atm = 1,5392 atm

Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % pdesign = (1 + fk) poperasi

= (1 + 0,2) (1,5392 atm) = 1,8470 atm = 27,1439 lb/in2 Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder),

Jenis sambungan = Double welded butt joint

Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable Stress = 11.050 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun

Tebal shell tangki (t),

c SE 2

D p (t) silinder

Tebal t

(55)

p = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam tangki (in) S = allowable working stress(lb/in2) E = efisiensi pengelasan

c = korosi yang diizinkan (in)

m 0,0064 in

0,2525

0042 , 0 8 , 0 050 . 11 2

161,7396

27,1439 t

Dipilih tebal silinder standar = 0,5 in

Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup adalah 0,5 in.

Menghitung Jaket Pemanas,

Jumlah steam (230 0C) = 297766,4137 kg/jam

Volume spesifik steam pada suhu 230 0C adalah 71,45 kg/m3 Laju volumetrik steam (Qs) = 3

kg/m 71,45

kg/jam 7

297766,413

= 4167,4795 m3/jam Diameter dalam jaket (d) = diameter silinder + tebal silinder

= 161,7396 in + 0,5 in = 162,2396 in

= 4,1209 m Tinggi jaket = tinggi reaktor = 6,1623 m Ditetapkan jarak jaket = 5 in

Diameter luar jaket (D) = 162,2396 in + (2 ×5) in = 172,2396 in = 4,3749 m Luas yang dilalui steam (A),

A = 4 (D

2 -d2) =

4 (4,3749 2

- 4,12092) = 1,6940 m2 Kecepatan superficial steam (v),

v = A Qs

=

2 m 1,6940

/jam 3 m 4167,4795

= 2460,1724 m/jam = 0,6834 m/s

(56)

pdesain = (1,2) (27,6102 atm)

= 33,1322 atm = 486,9108 psi Tebal dinding jaket (tj),

Jenis sambungan = Double welded butt joint

Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable Stress = 11.050 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun

Tebal shell jaket (t),

c SE 2

D p (t) jaket shell

Tebal t

(Brownell dan Young, 1959) Keterangan : t = tebal dinding jaket (in)

p = tekanan desain (lb/in2) Dt = diameter dalam jaket (in) S = allowable working stress(lb/in2) E = efisiensi pengelasan

c = korosi yang diizinkan (in)

m 0,1136 in

4,4723

0042 , 0 8 , 0 050 . 11 2

172,2396 486,9108

t

Dipilih tebal jaket standar 5 in. Pengaduk (impeller),

Jenis : flat six blade open turbin Kecepatan putaran (N) = 60 rpm

= 1 rps Efisiensi motor = 80 %

Pengaduk ini didesain dengan standar sebagai berikut,

Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)

Da = 3 1

Dt = 3 1

(4,1082 m) = 1,3694 m

E : Da = 1 (Geankoplis, 2003)

E = Da = 1,3694 m

(57)

W = 8 Da

= 0,1712 m

C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)

C = 3

Dt

= 1,3694 m

L : Da = 1 : 4 (Geankoplis, 2003)

L = 4 1

Da = 0,3423 m

J : Dt = 1/12 (Geankoplis, 2003)

J = 12

1

(Dt) = 0,3423 m Dengan,

Dt = diameter tangki Da = diameter impeller

E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle

Daya pengaduk,

Bilangan Reynold (NRe) =

N Da2

=

0,8937

6078) )(1)(1085, 2

(1,3694

= 2277,9311

Np = 3 5

a

D N

p

= 2,8 (Geankoplis, 2003)

P = Np . ρ . N3 . Da5

= (2,8) (1085,6078) (1)3 (1,3694) = 14637,9216 Watt = 19,6298 hp Daya motor (Pm),

Pm = 8 , 0

P =

8 , 0

19,6298

(58)

C. 14 Pompa Potassium Ammonium Polyphosphate (P-103)

Fungsi : Memompa Potassium Ammonium Polyphosphate dari reaktor ke evaporator (FE-101)

Tipe : Centrifugal Pump

Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit Data perhitungan:

Temperatur, T = 210 oC

Laju alir, F = 266605,4785 kg/jam

Densitas, ρ = 1094,3912 kg/m3 = 68,3205 lbm/ft3 Viskositas, μ = 0,8937 cP = 0,0006 lbm/ft.s Laju alir volumetrik:

mv =

3 m / kg 1094,3912

jam / kg 5 266605,478

= 243,6108 m3/jam = 0,0677 m3/s = 2,3896 ft3/s Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,0677 m3/s) 0,45 × (1094,3912) 0,13 = 0,2683 m = 10,5643 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 3½ in

Schedule number : 40

Diameter dalam (ID) : 3,548 in = 0,0901 m = 0,2957 ft Diameter luar (OD) : 4 in = 0,3333 ft

Inside sectional area, A : 0,0687 ft2

Kecepatan linier, V = 34,7838

2 ft 0687 , 0

s / 3 ft 2,3896 Av

m

ft/s Bilangan Reynold:

NRe = 1169993,8130

0006 , 0

0,2957 34,7838

68,3205 D

V

(59)

pada NRe = 1169993,8130 dan ε/D = 0,0005

diperoleh harga factor fanning (Gambar 2.10-3) , f = 0,0015 (Geankoplis, 2003).

Friction loss :

1 sharp edge entrance hc = 0,5

37,6052 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 50 ft Ff = Total friction loss Σ F = 113,0914 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

0

gc (Geankoplis, 2003)

Keterangan : v1 = v2 ∆v2

= 0 p1 = p2 ∆p = 0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft

(60)

Efisiensi pompa, η = 80% (Peters, 2004) Wp= -Ws/ η = 150,2925 ft.lbf/lbm

Daya pompa, P = 550

v pm W

550

68,3205 1,115

150,2925 22,3064 hp

Digunakan daya motor standar 25 hp. C.13 Evaporator (FE-101)

Fungsi : Meningkatkan konsentrasi Potassium Ammonium

Polyphosphate

Jenis : Tangki dengan tutup dan alas elipsoidal yang dilengkapi dengan koil pemanas

Bahan Konstruksi : Carbon steel, SA-283, Grade C Kondisi operasi : T = 220 ˚C

P = 1 atm Perhitungan:

Ukuran Tangki

Faktor kelonggaran = 20 %

Volume tangki = laju volumetrik umpan (vo) x 1,2 = (81,2036) x 1,2

= 97,4443 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 4 : 1 Volume silinder (Vs) = π/4 x D2Hs = π D3

Tutup dan alas tangki berbentuk elipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2:1, sehingga,

tinggi head (Hh) = 1/6 x D (Brownell dan Young, 1959) (Vh) Elipsoidal = π/4 x D2Hh x 2

= π/4 x D2(1/6 D) x 2

= π/12 x D3

Vt = Vs + Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (π D3) + (π/12 x D3)

Vt = 13. π/12 x D3 Diameter tangki (D) = 3

13 12Vt

= 3

14 , 3 x 13

97,4443 x

(61)

= 3,0598 m = 120,463 in = 10,0385 ft Jari-jari = 1,5299 m = 60,2315 in

Tinggi silinder (Hs) = 4. D = 12,2391 m Tinggi tutup elipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 1/6 x 3,0598 = 0,51 m Tinggi tangki (HT) = Hs + (Hh x 2) = 13,2590 m

Menghitung tekanan desain Volume tangki = 97,4443 m3 Volume cairan = 81,2036 m3 Tinggi tangki = 13,2590m Tinggi cairan dalam tangki =

gki volume

gki tinggi x gki dalam cairan

volume

tan

tan tan

=

97,4443 13,2590 x

81,2036

= 11,0492 m

Tekanan hidrostatis = ρ x g x tinggi cairan dalam tangki = 1185,4735 x 9,8 x 11,0492 = 118502,5641 kPa = 116,9529 atm Faktor keamanan untuk tekanan = 20 %

p desain = 116,9529 x (1 + 0,2) = 140,3435 atm = 9,5498 psi Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 11.050 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) Faktor korosi, C = 0,042 in/tahun (Peters, 2004)

Umur alat, n = 10 tahun

t = nC

P SE

R P

6 , 0

t = 10 (0,042)

9,5498 6

, 0 8 , 0 050 . 11

60,2315 9,5498

(62)

Tebal dinding head (tutup tangki)

Dipilih tebal head standar sama dengan tebal dinding tangki = 0,5 in

Menghitung Luas Permukaan Perpindahan Panas (A)

Panas yang diserap (Q) = 573781952,5148 kJ/jam = 543838220,1153 Btu/jam Dari Tabel 8 hal 840, Kern 1965, fluida panas gases dan untuk fluida dingin berupa medium organic maka UD = 50-100.

Diambil nilai UD = 100 Btu/jam ft2 oF. Luas permukaan untuk perpindahan panas,

A =

t U

Q D

A =

220 100

1153 543838220,

= 2471,9919ft2

Menghitung jumlah lilitan koil:

Dari Appendix tabel 10, hal.843 (Kern, 1965) diperoleh : tube OD 1 in BWG 12, memiliki surface per linft, ft2 (a1) = 0,479 ft2/ft

Luas permukaan lilitan koil (Ak) = .Dk.a1 = 15,0985 ft2 Jumlah lilitan koil (n) = A / Ak / 10 = 17 lilitan

Jarak antar lilitan koil (j) = 2 D = 20,0770 ft. C.16 Sub Cooler Condensor (E-103)

Fungsi : Mengkondensasikan uap air yang berasal dari evaporator Jenis : Shell and tube heat exchanger

Dipakai : Pipa 24 22 in IPS, 20 ft Jumlah : 1 unit

Fluida panas : Air

Laju alir fluida masuk (W) : 198320,0061 kg/jam = 437223,0563 lbm/jam Temperatur masuk (T1) : 220 oC = 428 oF

Temperatur keluar (T2) : 85 oC = 185 oF Fluida dingin : Air pendingin

(63)

Temperatur masuk (t1) : 25 oC = 77 oF Temperatur keluar (t2) : 90 oC = 194 oF

Panas yang diserap (Q) : 667234895,5823 kJ/jam= 703972848,9331 Btu/jam Perhitungan

(1) t = beda suhu sebenarnya

Tabel C.4 Data Suhu Sub Cooler Condensor

Fluida panas (oF) Keterangan Fluida

dingin (oF) Selisih (

o

F)

T1 = 428

Temperatur yang

lebih tinggi t2 = 194 t1 = 351 T2 = 185

Temperatur yang

lebih rendah t1 = 77 t2 = 9 Fluida panas : anulus

(3) Luas aliran,

ft

Fluida dingin: pipa

(3) ID = 1,7708 ft

(4) Kecepatan massa

(64)

(Tabel 11 Kern, 1965)

Diameter ekivalen = De

ft

(4) Kecepatan massa

a

(6’) Dari gambar 24 diperoleh

(65)

3

(10)Koefisien Keseluruhan bersih (Clean Overall coefficient, UC)

F

(11) Koefisien Keseluruhan desain

0,002

(66)

RD = 0,002 Karena Rd hitung > Rd ketentuan, maka perhitungan dapat diterima.

Pressure drop

Fluida panas : anulus

(1) De’ untuk pressure drop berbeda

Rea

=

4361282,3548 aliran turbulen Dengan menggunakan persamaan 3.47b Kern, 1965, diperoleh :

f = 0,0035 +

Fluida dingin : inner pipe

(1) Untuk Rep = 16270824,9072 aliran turbulen, jadi menggunakan persamaan 3.47b, Kern, 1965 diperoleh :

f = 0,0035 +

(67)

pa yang diperbolehkan < 10 psi. Dengan demikian rancangan dapat diterima.

C.17 Pompa (P-104)

Fungsi : Memompa potassium ammonium polyphosphate dari evaporator (FE- 101) ke spray dryer (D-101).

Jenis : pompa sentrifugal Bahan : commercial steel

F : 62574,6172 kg/jam = 38,3206 lbm/s ρcampuran : 1185,4735 kg/m3 = 74,0065 lbm/ft3

mv : (62574,6172/1185,4735/3600) = 0,0159 m3/s 0,5609 ft3/s μcampuran : 0,8937 cP = 0,0006 lbm/ft.s

Perencanaan pompa,

Diopt = 0,363 (mv)0,45 (ρ)0,13 (Walas, 1990) = 0,363 (0,0159)0,45 (1185,4735)0,13

= 0,1398 m = 5,5028 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 4,0260 in = 0,3355 ft Diameter Luar (OD) : 4,5 in = 0,3750 ft Inside sectional area : 0,0884 ft2 Kecepatan linier, v =

A Q

=

2 ft 0884 , 0

s / 3 ft 0,5609

= 6,3447 ft/s Sehingga,

NRe =

D v

=

lbm/ft.s

0,0006

ft 0,3355 ft/s

6,3447 3

lbm/ft 74,0065

= 242162,7439

Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 in (Darby, 2001) Maka ε/D = 0,00015/0,3355 = 0,0004

(68)

Friction loss :

0,75 ft.lbf/lbm hf = 53,8293 ft lbf/lbm

2 ft.lbf/lbm hf = 71,7725 ft lbf/lbm Total friction loss Σ F = 286,3957 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

0

gc (Geankoplis, 2003)

Keterangan : v1 = v2 ∆v2

= 0 p1 = p2 ∆p = 0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft

(69)

Daya pompa, P = 550

v pm W

550

74,0065 0,4120

366,9229 24,5638 hp

Digunakan daya motor standar 25 hp.

C. 16 Spray Dryer (D-101)

Fungsi : Mengeringkan potassium ammonium polyphosphate hingga air menguap seluruhnya.

Tipe : Spray dryer

Bentuk : Vertical spray dryer

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade C

Jumlah : 1 unit

Tabel C.5 Densitas Komponen Masuk Ke Spray Dryer Komponen Laju alir

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

Volume (m3/jam) [KNH4(PO3)2]8 37878,7879 2070,5 18,2945

NH4H2PO4 2025,7341 1803 1,1235

H2O 22670,0952 997,08 22,7365

Total 62574,6172 42,1545

Densitas campuran :

3 kg/m 1484,4101 3

m 42,1545

kg 62574,6172

C V

C m C

Perhitungan :

a. Volume larutan = 3

kg/m

jam 1 x kg/jam

1484,4101 62574,6172

= 42,1545 m3 faktor kelonggaran = 20 %

Vt = 1,2 42,1545 m3 = 50,5854 m3 b. Diameter dan panjang shell

- Di : Hs = 2 : 3 - Volume tangki (V)

(70)

3

πDi

24 11 3 m 50,5854

3

πDi

24 11 V

Di = 3,2747 m Hs = 4,9121 m c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 3,2747 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4

Tinggi tutup = 3,2747 0,8187 m 4

1

Tinggi total tangki = Hs + 2Hh = 4,9121 m + 2 (0,8187) m = 6,5494 m d. Tebal shell tangki

Volume larutan = 42,1545 m3 Volume tangki = 50,5854 m3

Tinggi larutan dalam tangki = x 6,5494 m

50,5854 42,1545

= 5,4579 m Tekanan hidrostatik

p = x g x l

= 1697,4589 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 5,4579 m = 79396,5972 Pa = 11,5155 psia

Faktor kelonggaran = 20 %

p operasi = 1 atm = 14,696 psia

Maka, pdesain = (1,2) (p operasi + p hidrostatik)

= 1,2 (14,696 + 11,5155) = 31,4538 psia

Dari Walas diperoleh bahwa tekanan desain dari bejana yang beroperasi pada tekanan 0-10 psig adalah 40 psig.

- Direncanakan bahan konstruksi Carbon steel SA-212, Grade B

- Allowable working stress (S) : 11050 psia (Peters, 2004) - Joint efficiency (E) : 0,85 (Peters, 2004) - Corossion allowance (C) : 0,0125 in/tahun

(71)

in 0,3549

) in 0125 , 0 ( 10 psig) 0,6(40 )

psia)(0,85 (11050

in) 64,4627 (

psig) 40 (

C . n 0,6p SE

pR t

Tebal shell standar yang digunakan = ½ in (Brownell&Young, 1959) e. Tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell

Tebal tutup atas = ½ in (Brownell&Young, 1959) C.17 Belt Conveyor (C-103)

Fungsi : Mengangkut produk [KNH4(PO3)2]8 menuju gudang penyimpanan produk (G-103)

Jenis : Continuous belt conveyor

Bahan : Carbon steel

Kondisi operasi : Temperatur = 25 0C Tekanan = 1 atm Laju bahan : 40102,2125 kg/jam

Faktor kelonggaran : 12 % (Tabel 28-8 Perry, 2008) Kapasitas total belt conveyor :

= 1,12 Laju bahan

= 1,12 40357,9239 kg/jam = 45200,8748 kg/jam

= 45,2009 ton/jam

Untuk belt conveyor kapasitas > 32 ton/jam, spesifikasi :

(Tabel 21–7, Perry, 2008)

- Lebar beltconveyor = 18 in - Luas permukaan muatan = 0,18 ft2 - Lapisan belt maksimum = 6

- Kecepatan belt maksimum = 350 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

L m 0,0027

P 0,82

Gambar

Tabel A.1   Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia
Tabel A.2  Neraca Massa Tangki Pencampur (M-101)
Tabel B. 3 Kontribusi Unsur dan Gugus untuk Estimasi Cp
Tabel B.6 Neraca Panas Keluar E-101
+7

Referensi

Dokumen terkait

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih dan memelihara

Para Wajib Pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraan harta tak

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan

Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan