LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(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 5

(2)

Neraca Massa Komponen: Air : 3 Air F = 5 Air F 5 Air F = 111415,3777 kg/jam AP : 1 AP F = FAP5 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 = F_Air6 6 Air F = 108940,1846 kg/jam PP : 2 PP F = F_PP6 Tangki Pencampur (M-102) PP Air PP Air 2 4 6

(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

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 × N10_PP = 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

Reaksi 8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) → [KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l) Mula-mula 193,7222 176,1111 - - Bereaksi 176,1111 176,1111 22,0139 293,5186 Sisa 17,6111 0 22,0139 352,2223

(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 = N10_PP× 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 + 11 Air F = 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

9 10 11 NH4H2PO4 22283,0755 - 2025,7341 KH2PO4 - 23966,8406 - [KNH4(PO3)2]8 - - 37878,7879 H2O 132907,0252 132907,0252 226700,9521 Total 266605,4741 266605,4741

(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 + 16 Air F 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 = F_AP12 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] T 2 T1 ) T (T 5 e ) T (T 4 d ) T (T 3 c ) T (T 2 b ) T a(T dT Cp_g ₂ ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4 ₂5 ₁5

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] T 2 T1 ) T (T 4 d ) T (T 3 c ) T (T 2 b ) T a(T CpdT ₂ ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4

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)

H 7,56 N 18,74 O K P 13,42 28,78 26,63 (Perry, 2008)

(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+ N9_Air 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

N = (108940,1846 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 6047092,4494 mol/jam

(11)

Neraca Panas Masuk: Qin = 8 PP N 298,15 298,15 CpdT + 8 Air N 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 = 10 PP N 353,15 298,15 CpdT+ N10_Air 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 = 19347,7882 kg/jam

(12)

B.4.3 Reaktor (R-101)

Neraca Panas Masuk Panas masuk pada alur 9, (Q9) = 9 AP N 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 Kondensat 230 oC

(13)

Neraca Panas keluar

Panas keluar pada alur 11, (Q11) =

383,15 298,15 11 CpdT ΣN 11 PAP Q ₌ 483,15 298,15 11 PAP CpdT N = 22,0139 kmol/jam x 1692,32 J/mol.K (483,15- 298,15) = 6892091,5215 kJ/jam 11 AP Q = 483,15 298,15 11 AP CpdT N = 17,6111 kmol/jam x 144,41 J/mol.K (483,15-298,15) = 470495,8573 kJ/jam 11 Air Q ₌ 483,15 298,15 11 Air CpdT N = 12583801,1060 kmol/jam x 15419,0272 J/mol = 194029971,4065 kJ/jam Qout = Q11PAP + 11 AP Q + Q11Air

= 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 11 out (mol/jam) 483,15 298,15 CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) NH4H2PO4 [KNH4(PO3)2]8 H2O 17611,1132 22013,8914 12583801,1060 26,7159 313,0792 15,419 470495,8573 6892091,5215 194029971,4065

Reaksi di dalam Reaktor:

8 NH4H2PO4(l) + 8 KH2PO4(l) → [KNH4(PO3)2]8(l) + 16 H2O(l) r1 = 8 N x konversi 8_PP r1 = 8 176,1111 x 1 = 22,0139 kmol/jam = 22013,8914 mol/jam Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm:

∆Hr (25o_{C) = [∆H}o

(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 o C 11 12 13 PAP AP Air 210 o_C PAP AP Air 220 o C Uap air 220 o C

Neraca Panas Masuk Evaporator : Qin = N11PAP 483,15 298,15 CpdT+N11AP 483,15 298,15 CpdT+ N11Air 483,15 298,15 CpdT = 6892091,5215 + 470495,8573 + 194029971,4065 = 201392558,7853 kJ/jam

(15)

Tabel B.10 Neraca Panas Masuk FE-101 Senyawa N11in (mol/jam) 483,15 298,15 CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) NH4H2PO4 [KNH4(PO3)2]8 H2O 17611,1132 22013,8914 12583801,1060 26,7159 313,0792 15,419 470495,8573 6892091,5215 201392558,7853

Neraca Panas Keluar Evaporator : Qout = N12Air 493,15 298,15 CpdT+ N12PAP 493,15 298,15 CpdT+ N12AP 493,15 298,15 CpdT + FAir13 x∆Hvl +N13Air 493,15 298,15 CpdT = 20558437,7237 + 7264637,0091 + 495928,0658 + 185025939,5131 + 561829568,9884 = 775174511,3001 kJ/jam

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

373,15 298,15 CpdT (kJ/mol) Q (kJ/jam) NH4H2PO4 [KNH4(PO3)2]8 H2O 17611,1132 22013,8914 1258380,1106 10,8308 126,924 5,9993 495928,0658 7264637,0091 20558437,7237 Senyawa H2O Senyawa H2O N13out (mol/jam) 11325420,9954 F13out (kg/jam) 204030,8569 493,15 298,15 CpdT (kJ/mol) 16,3372 ∆Hvl (kJ/kg) 2753,65 Q (kJ/jam) 185025939,5131 Q (kJ/jam) 561829568,9884

dQ/dT = Qout – Qin

= 775174511,3001 - 201392558,7853 = 573781952,5148 kJ/jam

(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 25o_C Uap air 220o_C Air 85 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

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

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, -m = 245198,7710 kg/jam

(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 o_C 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

0,025 (76989,3219) + 3030,3030 = 76989,3219× H H= 0,0644 kg air/ kg udara kering.

(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 = 8898,4027 m3 Faktor kosong ruangan = 20%

Area jalan dalam gudang = 20% Volume ruang yang dibutuhkan :

(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 belt conveyor = 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 :

Kebutuhan = 23966,8406 kg/jam

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

(26)

Tabel C.1 Komposisi Bahan pada Tangki Pencampur (M-101) Komponen Massa (kg/jam) (kg/m3) 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 ; Dt = Hcs + He ;

(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 Da = (1/3) (3,7262 m) = 1,2421 m = 4,0750 ft E : Da = 1 E = 1,2421 m L : Da = 1 : 4 L = (1/4) (1,2421 m) = 0,3105 m W : Da = 1 : 5 W = (1/5) (1,2421 m) = 0,2484 m J : Dt = 1 : 12 J = (1/12) (3,7262 m) = 0,3105 m 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 = 2 Di N = 1329,9701 2 ) 3,7262 )( 3 )( 67,2560 ( = 4456085,7275

NRe > 10.000 maka perhitungan daya pengadukan menggunakan rumus:

NP = 3 5 Da N gc P = 2,8 (Geankoplis, 2003) p = gc Da N Np 3 5 = ) 2 , 32 ( 5 ) (3,7262 3 ) 3 ( ) 67,2560 ( 8 , 2 p = 17743,7622 ft.lbf/s = 32,2614 hp

Efisiensi motor penggerak = 80% Maka,

Daya motor penggerak = 8 , 0 32,2614 = 40,3267 hp 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/m3) 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) = ) 3 kg/m (1112,0975 jam) (0,25 kg/jam) 52 (132907,02 = 29,8776 m3 V tangki (Vt) = (1+0,2) (29,8776 m3) = 35,8531 m3 Untuk pengadukan, Dt = Hc ; Dt = Hcs + He ;

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 35,8531 m 3 = 3 48 11 t D Sehingga, Dt = 3,6797 m = 144,8707 in

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

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

Tinggi tutup (He), He = 4 Dt = 4 m 3,6797 = 0,9199 m Tinggi shell (Hs), Hs = Ht − 2He = 3,6797 − (2 × 0,9199) = 1,8399 m Tekanan operasi = 1 atm (101,325 kPa)

(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

c SE 2 D p (t) silinder Tebal t

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

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),

Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable Stress = 11.000 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)

(36)

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

= 1 jam x 59,7551 m3/jam = 119,5102 m3

(37)

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

= 1,2 × 124,100 m3

= 143,4123 m3

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,

tangki volume

tangki tinggi V_cairan_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),

(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 = 3 m / kg 1077,3397 jam / kg 3 133698,453 = 0,0345 m3/s = 1,2173 ft3/s 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 ft 0687 , 0 s / 3 ft 0,0345 A v m ft/s Bilangan Reynold: NRe = 586733,4911 0006 , 0 0,2957 17,7196 67,256 D V (aliran turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004) pada NRe = 586733,4911 dan ε/D = 0,0005 ft 2957 , 0 ft 00015 , 0

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

Friction loss :

1 sharp edge entrance, hc = 0,5

gc V A A 2 1 2 1 2 _0,5(1-0) ) 174 , 32 )( 1 ( 2 2 17,7196 hc = 2,4397 ft lbf/lbm

(40)

2 elbow 90o, hf = nKf gc V 2 2 2(0,75) ) 174 , 32 ( 2 2 17,7196 7,3192 ft.lbf/lbm 1 check valve, hf = nKf gc V 2 2 1(2) ) 174 , 32 ( 2 2 17,7196 9,7589 ft.lbf/lbm Pipa lurus 100 ft, Ff = gc D LV f 2 4 2 = 4 (0,005) ) 174 , 32 )( 2 )( 1342 , 0 ( 2 ) 17,7196 )( 100 ( Ff = 33,0069 ft.lbf/lbm 1sharp edge exict hex = n

gc V A A 2 1 2 2 2 1 1(1-0)2 ) 174 , 32 )( 1 ( 2 2 17,7196 hex = 4,8795 ft.lbf/lbm Total friction loss Σ F = 57,4042 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

0 2 1 ₂ ₁ 1 2 2 1 2 2 F Ws p p z z gc g v v gc (Geankoplis, 2003) Keterangan : v1 = v2 ∆v2 = 0 p1 = p2 ∆p = 0 Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,14266 ft 0 s W 57,4042 0 1426 , 7 174 , 32 174 , 32 0 -Ws = 64,5468 ft.lbf/lbm

Efisiensi pompa, η = 80% (Peters, 2004)

Wp= -Ws/ η = 80,6836 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 550 v pm W 550 7,256 6 1,2173 80,6836 12,0106 hp Digunakan daya motor standar 15 hp.

C. 10 Pompa Potassium Phosphate (P-102)

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

(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:

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

Kecepatan linier, V = 17,0642 2 ft 0687 , 0 s / 3 ft 1,1723 A v m ft/s Bilangan Reynold: NRe = 583260,3219 0006 , 0 2957 , 0 17,0642 69,4528 D V (aliran turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004) pada NRe = 583260,3219 dan ε/D = 0,0005 ft 2957 , 0 ft 00015 , 0

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

(42)

Friction loss :

1 sharp edge entrance hc = 0,5

gc V A A 2 1 2 1 2 _0,5(1-0) ) 174 , 32 )( 1 ( 2 2 17,0642 hc = 2,2626 ft lbf/lbm 2 elbow 90o hf = nKf gc V 2 2 2(0,75) ) 174 , 32 ( 2 2 17,0642 6,787 ft.lbf/lbm 1 check valve hf = nKf gc V 2 2 1(2) ) 174 , 32 ( 2 2 17,0642 9,0503 ft.lbf/lbm Pipa lurus 100 ft Ff = gc D LV f 2 4 2 = 4 (0,0055) ) 174 , 32 )( 2 )( 0518 , 0 ( 2 ) 17,0642 )( 100 ( Ff = 30,6103 ft.lbf/lbm 1sharp edge exict hex = n

gc v A A 2 1 2 2 2 1 1(1-0)2 ) 174 , 32 )( 1 ( 2 2 17,0642 hex = 4,5252 ft.lbf/lbm Total friction loss Σ F = 53,2361 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

Efisiensi pompa, η = 80% (Peters, 2004)

Wp= -Ws/ η = 75,4735 ft.lbf/lbm Daya pompa, P = 550 v pm W 550 69,4528 1,1723 75,4735 11,1685 hp Digunakan daya motor standar 15 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 – t2 = 351 0 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 0 F

(44)

Fluida panas, air: sisi annulus,

(3) Flow area annulus

ft 0,3355 12 4,026 2 D (Tabel 11, Kern, 1965) ft 0,2917 12 3,5 1 D 2 ft 0,0216 4 ) 2 0,2917 2 0,3355 ( 4 ) 2 1 D 2 2 (D s a Equivalen diameter = De = 0,0943ft 0,2917 ) 0,2917 0,3355 ( D ) (D 2 2 1 2 1 2 2 D (4) Kecepatan massa s a w s G 2 ft jam m lb 85 2043497,74 0,0216 44099,2584 a G (5) Bilangan Reynold Pada Tav = 320 0F = 0,013 lbm/ft2jam (Gbr. 15, Kern, 1965) Re_a De_μGa 868 14816017,3 0,0387 85 2043497,74 0,0943 a Re

(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 13280,9043 pada Res = 14816017,3868

(7) Pada Tc = 320 0F

c = 0,17 Btu/lbm F (Gbr.3, Kern, 1965)

k = 2,8299 Btu/jam.ft2.( F/ft) (Tabel 5, Kern, 1965)

0,0921 3 1 2,8299 0,013 17 , 0 3 1 k . c (8) h0 = 14 , 0 3 1 w k c e D k H J (Pers. 6.15b, Kern, 1965)

(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 12 3,068 2 2 2 t 0,0513 ft 4 0,2557 3,14 4 D a (4 ) Kecepatan massa t a W t G (Pers. 7.2, Kern, 1965) 2 ft jam m lb 02 5744404,80 0,0513 7 294756,174 t G (5’) Bilangan Reynold Pada tav = 126,5 0F = 0,011 cP = 0,0266 lbm/ft2jam (Gbr. 15, Kern, 1965) t G D t Re 106 55191556,1 0,0266 02 5744404,80 0,2557 t Re

(6 ) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 61152,6273 pada Ret = 55191556,1106

(7 ) Pada tav = 126,5 0F

c = 1,2555 Btu/lbm F (Gbr.3, Kern, 1965) k = 0,3748 Btu/jam.ft2.( F/ft) (Tabel 5, Kern, 1965)

0,4467 0,3748 0,0266 2555 , 1 k . c 13 13 (8’) hi = 14 , 0 3 1 w k c D k H

J (Pers. 6.15a, Kern, 1965)

hi = 0,4467 1

0,1723 0,3748

(46)

(9 ) hi0= hi 60064,1215 0,2917 0,2557 68521,6510 OD ID Btu/(jam)(ft2)(0F) (10) Clean Overall coefficient, UC

F 2 ft Btu/jam 22788,6303 68521,6510 60064,1215 68521,6510 60064,1215 o h io h o h io h C U (Pers. 6.38, Kern, 1965) (11) UD Rd ketentuan = 0,002 F 2 ft Btu/jam 0,002 002 , 0 22788,6303 1 D R C U 1 D U 1 UD = 489,2651 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan

Q =U_D A t A = = x 116,2088 489,2651 425 30168769,3 = 53,0609 ft2

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 UD = = 116,2088 53,1860 425 30168769,3 = 4881,1392 Btu/jam.ft2.oF RD = = 4881,1392 22788,6303 4881,1392 22788,6303 = 0,0020 jam.ft2.oF/Btu Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.

Pressure drop

Fluida panas, air : annulus

(1) De ’ = (D2 – D1) = (0,3355 – 0,2917) ft = 0,0438 ft Rea’ = 0,013 85 2043497,74 0,0438 a G ' e D = 6890255,2291 f = 0,0035 + (Pers. 3.47b, Kern, 1965) = 0,0035 + 0,42 91 6890255,22 ,264 0 = 0,0039 Q UD x Δt Q A x Δt UC – UD UC x UD 0,264 Re’0,42 Res’0,42

(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 62,5 144

(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

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 – t2 = 351 0F 116,2088 369 18 ln 351 -1 Δt2 Δt ln 1 Δt 2 Δt LMTD 0F (4) 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 0 F

Fluida panas, air: sisi annulus,

(3) Flow area annulus

ft 0,3355 12 4,026 D₂ (Tabel 11, Kern, 1965) ft 0,2917 12 3,5 D₁ 2 2 2 2 1 2 2 s 0,0216 ft 4 ) 0,2917 0,3355 ( 4 ) (D a D

(49)

Equivalen diameter = De = 0,0943ft 0,2917 ) 0,2917 0,3355 ( D ) (D 2 2 1 2 1 2 2 D (4) Kecepatan massa s a w s G 2 ft jam m lb 22 1976563,31 0,0216 42654,7944 s G (5) Bilangan Reynold Pada Tav = 320 0F = 0,013 lbm/ft2jam (Gbr. 15, Kern, 1965) μ s G De s Re 475 14330721,1 0,013 22 1976563,31 0,0943 s Re

(6) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 12849,5299 pada Res = 14330721,1475

(7) Pada Tc = 320 0F

c = 0,48 Btu/lbm F (Gbr.3, Kern, 1965)

k = 2,8299 Btu/jam.ft2.( F/ft) (Tabel 5, Kern, 1965)

0,0921 3 1 2,82995 0,0387 17 , 0 3 1 k . c (8) h0 = 14 , 0 3 1 w k c e D k H J (Pers. 6.15b, Kern, 1965) = 0,1599 1 0,0943 2,8299 12849,5299 = 35527,9025 Btu/(jam)(ft2)(0F)

Fluida dingin, Potassium Phosphate: sisi tube,

(3 ) D = 0,2557 ft 12 3,068 2 2 2 t 0,0513 ft 4 0,2557 3,14 4 D a

(50)

(4 ) Kecepatan massa t a W t G (Pers. 7.2, Kern, 1965) 2 ft jam m lb 34 5710400,79 0,0513 4 293011,365 t G (5’) Bilangan Reynold Pada tav = 126,5 0F = 0,011 cP = 0,0266 lbm/ft2jam (Gbr. 15, Kern, 1965) t G D t Re 689 54864849,6 0,0266 34 5710400,79 0,2558 t Re

(6 ) Taksir jH dari Gbr. 24, Kern (1965), diperoleh jH = 60789,9831 pada Ret = 54864849,6689

(7 ) Pada tav = 126,5 0F

c = 0,9127 Btu/lbm F (Gbr. 3, Kern,1 965) k = 0,3748 Btu/jam.ft2.( F/ft) (Tabel 5, Kern, 1965)

0,4017 0,3748 0,0266 9127 , 0 k . c 13 13 (8’) hi = 14 , 0 3 1 w k c D k H

J (Pers. 6.15a, Kern, 1965)

hi = 0,4017 1 0,2557 0,3748 60789,9831 = 65744,4765 Btu/(jam)(ft2)(0F) (9 ) hi0 = hi 57629,7297 0,2917 0,2257 65744,4765 OD ID Btu/(jam)(ft2)(0F) (10) Clean Overall coefficient, UC

F 2 ft Btu/jam 21978,4828 35527,9025 57629,7297 35527,9025 57629,7297 o h io h o h io h C U (Pers. 6.38, Kern, 1965)

(51)

(11) UD Rd ketentuan = 0,002 F 2 ft Btu/jam 0,002 002 , 0 21978,4828 1 D R C U 1 D U 1 UD = 488,8783 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan

Q =U_D A t A = = 116,2088 488,8783 104 29180596,2 = 51,3635 ft2

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 UD = = 116,2088 52,269 104 29180596,2 = 4804,0873 Btu/jam.ft2.oF RD = = 4804,0873 21978,4828 4804,0873 21978,4828 = 0,0020 jam.ft2.oF/Btu Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi heater dapat diterima.

Pressure drop

Fluida panas, air : annulus

(1) De’ = (D2 – D1) = (0,3355 – 0,2917) ft = 0,0438 ft Res’ = 0,0387 22 1976563,31 0,0438 s G ' e D = 6664566,0399 f = 0,0035 + 0,42 99 6664566,03 ,264 0 = 0,0039 (Pers. 3.47b, Kern, 1965) s = 1, ρ = 1 62,5 = 62,5 (Peters, dkk, 2004) (2) ΔFa = = = 24,0165 ft (3) V = = = 8,7847 fps Q UD x Δt Q A x Δt UC – UD UC x UD 4.f.Gs2.L 2.g.ρ2 .De’ 4 × 0,0044 × 197563,31222 × 100 2 × 4,18.108 × 62,52 × 0,0438 Gs 3600ρ 197563,31222 3600 × 62,5 V2 3 × (8,7847)2

(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× 62,5 144

(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,

= 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

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

Vt = ( /4 Dt3)+ ( /12 Dt3) Vt = /3 Dt3

(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,

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),

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

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 Q_s = 2 m 1,6940 /jam 3 m 4167,4795 = 2460,1724 m/jam = 0,6834 m/s

Tekanan saturated steam pada 230 0C adalah 2797,6 kPa = 27,6102 atm Faktor keamanan = 20 %

(56)

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

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

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

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 W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, 2003)

(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 = 24,5372 hp Dipilih motor pengaduk dengan daya 25 hp

(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:

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

Kecepatan linier, V = 34,7838 2 ft 0687 , 0 s / 3 ft 2,3896 A v m ft/s Bilangan Reynold: NRe = 1169993,8130 0006 , 0 0,2957 34,7838 68,3205 D V (aliran turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 2004)

(59)

pada NRe = 1169993,8130 dan ε/D = 0,0005 ft 2957 , 0 ft 00015 , 0

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

Friction loss :

1 sharp edge entrance hc = 0,5

gc V A A 2 1 2 1 2 _0,5(1-0) ) 174 , 32 )( 1 ( 2 2 34,7838 hc = 9,4013 ft lbf/lbm 2 elbow 90o hf = nKf gc V 2 2 2(0,75) ) 174 , 32 ( 2 2 34,7838 hf = 28,2039 ft.lbf/lbm 1 check valve hf = nKf gc V 2 2 1(2) ) 174 , 32 ( 2 2 34,7838 37,6052 ft.lbf/lbm Pipa lurus 50 ft Ff = gc D LV f 2 4 2 = 4 (0,005) ) 174 , 32 )( 2 )( 1342 , 0 ( 2 ) 34,7838 )( 50 ( Ff = 19,0784 ft.lbf/lbm 1sharp edge exict hex = n

gc v A A 2 1 2 2 2 1 1(1-0)2 ) 174 , 32 )( 1 ( 2 2 34,7838 hex = 18,8026 ft.lbf/lbm Total friction loss Σ F = 113,0914 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

(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 D2_{Hs = π D}3

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 12

(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 = 13,2590 m 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 = 0,4851 in tebal shell standar yang digunakan = 0,5 in