Bak Equalisasi (BPL-301)

BAB V SPESIFIKASI PERALATAN

5.2 Spesifikasi Peralatan Pengolahan Limbah

5.2.3 Bak Equalisasi (BPL-301)

SPESIFIKASI ALAT

Nama alat Bak Equalisasi Kode alat BPL-301

Fungsi Tempat penampungan air limbah

DATA IDENTIFIKASI

Tipe Bak terbuka berbentuk persegi panjang tanpa tutup

Bahan Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah 1 unit

Jenis Sambungan Double welded butt joint KONDISI OPERASI

Densitas 850,8754312 kg/m³

Tekanan 1 atm

Laju Alir Massa 20673,92 kg/jam

Kapasitas 320,7235681 m³

Waktu Tinggal 12 jam

DATA PERANCANGAN

Panjang 14,19 m

Lebar 10,14 m

Tinggi 2,03 m

Densitas campuran 850,8754312 kg/m

Viskositas campuran 0,337818606 cp 0,000227004 lb/ft.s Laju Alir Massa 20673,92 kg/jam

Laju Alir Volumetrik 24,29724 m³/jam

DATA PERANCANGAN

Material Commercial steel

Nominal Pipe size 4 in, schedule No. 40

OD 4,5 in

ID 4,026 in

Flow Area (At) 12,7296 in²

BHP 0,342 hp

Motor Efisiensi 80%

Power 0,428 hp

5.2.5 Bak Netralisasi (BPL-302)

SPESIFIKASI ALAT

Nama alat Bak Netralisasi Kode alat BPL-302

Fungsi Tempat menetralkan limbah

Laju Alir Massa 20677,97 kg/jam

Kapasitas 320,7863903 m³

Waktu Tinggal 12 jam

DATA PERANCANGAN

Panjang 14,19 m

Lebar 10,14 m

Tinggi 2,03 m

5.2.6 Pompa Bak Netralisasi (PL-303)

Kode Alat PL-303

Fungsi Mengalirkan Limbah Bak Netralisasi (BPL-302) ke Bak Anaerob (BPL-303)

Tipe Sentrifugal

KONDISI OPERASI

Tekanan 1 bar

Suhu 25 ^oC

Densitas campuran 823,593474 kg/m³

Viskositas campuran 0,337893984 cp 0,000227004 lb/ft.s

Power 0,435 hp

5.2.7 Bak Anaerob (BPL-303)

SPESIFIKASI ALAT

Nama alat Bak Anaerob Kode alat BPL-303

Fungsi Tempat degradasi kadar limbah yang berbahaya DATA IDENTIFIKASI

Tipe Bak terbuka berbentuk persegi panjang tanpa tutup

Bahan Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah 1 unit

Jenis Sambungan Double welded butt joint KONDISI OPERASI

Densitas 823,593474 kg/m³

Tekanan 1 atm

Laju Alir Massa 20677,97 kg/jam

Kapasitas 320,7863903 m³

Waktu Tinggal 12 jam

DATA PERANCANGAN

Panjang 14,19 m

Lebar 10,14 m

Tinggi 2,03 m

5.2.7 Pompa Bak Anaerob (PL-304)

Kode Alat PL-303

Fungsi Mengalirkan Limbah dari Bak Anaerob (BPL-303) ke Bak Aerob (BPL-304)

Tipe Sentrifugal

KONDISI OPERASI

Tekanan 1 bar

Suhu 25 ^oC

Densitas campuran 823,593474 kg/m³

Viskositas campuran 0,337893984 cp 0,000227004 lb/ft.s Laju Alir Massa 20673,92 kg/jam

Laju Alir Volumetrik 25,10701549 m³/jam DATA PERANCANGAN

Material Commercial steel

Nominal Pipe size 4 in, schedule No. 40

OD 4,5 in

ID 4,026 in

Flow Area (At) 12,7296 in²

BHP 0,348 hp

Motor Efisiensi 80%

Power 0,435 hp

SPESIFIKASI ALAT

Nama alat Bak Aerob Kode alat BPL-304

Fungsi Tempat degradasi kadar limbah yang berbahaya DATA IDENTIFIKASI

Tipe Bak terbuka berbentuk persegi panjang tanpa tutup

Bahan Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah 1 unit

Jenis Sambungan Double welded butt joint KONDISI OPERASI

Densitas 823,593474 kg/m³

Tekanan 1 atm

Laju Alir Massa 20677,97 kg/jam

Kapasitas 320,7863903 m³

Waktu Tinggal 12 jam

DATA PERANCANGAN

Panjang 14,19 m

Lebar 10,14 m

Tinggi 2,03 m

5.2.9 Pompa Bak Aerob (PL-305)

Kode Alat PL-305

Fungsi Mengalirkan Limbah dari Bak Aerob (BPL-305) ke Bak Clarifier

Tipe Sentrifugal

KONDISI OPERASI

Tekanan 1 bar

Suhu 25 ^oC

Densitas campuran 823,593474 kg/m³

Viskositas campuran 0,337893984 cp 0,000227004 lb/ft.s Laju Alir Massa 20673,92 kg/jam

Laju Alir Volumetrik 25,10701549 m³/jam DATA PERANCANGAN

Material Commercial steel

Nominal Pipe size 4 in, schedule No. 40

OD 4,5 in

ID 4,026 in

Flow Area (At) 12,7296 in²

BHP 0,348 hp

SPESIFIKASI ALAT

Nama alat Clarifier Kode alat CL-301

Fungsi Tempat penggumpalan partikel dengan koagulan Al2(SO4)3 dan Na2CO3

Tipe Cylindrical vessell dengan alas konis

Bahan Carbon Steel SA-283 Grade C

Jumlah 1 buah

Jenis Sambungan Double welded butt joint KONDISI OPERASI

Suhu 25 ^oC

Tekanan 1 atm

Lama Penyimpanan 2 jam

DIMENSI TANGKI

Volume 41,5377 m³

Volume Cairan 9,425 m³

Diameter 3,316020265 m

Tinggi 5,851511944 m

Tebal Dinding 0,4375 in

Diameter Konis 0,26462 m

Badan Standar Nasional Indonesia. 2000. SNI 03-1745-2000 tentang Tata Cara Perencanaan dan Pemasangan Sistem Pipa Tegak dan Slang untuk Pencegahan Bahaya Kebakaran pada Bangunan Rumah dan Gedung.

Jakarta : Badan Standar Nasional Indonesia.

Badan Standar Nasional Indonesia. 2002. SNI 19-6728.1-2002 Tentang Penyusunan neraca sumber daya-Bagian 1: Sumber daya air spasial. Badan Standardisasi Nasional. Jakarta : Badan Standar Nasional Indonesia.

Brownell, L.E. and Young, E.H. 1959. Process Equipment Design. John Wiley and Sons Inc. New York.

Brown, G.G,. 1950. Unit Operations, Modern Asia Edition. New York: John Wiley and Sons. Inc.

Coulson, J.M., & Ricardson, J.F. 1983. Chemical Engineering vol. 6. New York:

Pergamon Press Inc.

Dinas Lingkungan Hidup dan Kehutanan Provinsi Banten . 2019. Laporan Status Lingkungan Hidup Daerah Provinsi Banten

Djokosetyardjo, M. J,. 1990. Penjelasan Lebih Lanjut Tentang Ketel Uap. Jakarta:

Pradya Paramitha.

Degremont. 1991. Water Treatment Handbook. 5th Edition. New York: John Wiley

& Sons.

Fahruddin. 2010. Kajian Kemampuan Mutan Bakteri Pseudomonas Sp

perspektif Rekayasa Ilmu Perencanaan Bangunan Pengolahan di Indonesia.

Pidato Pengukuhan Guru Besar, Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh November.

Kawamura, S. 1991. Integrated Design of Water Treatment Facilities. New York:

John Willey & Sons, Inc.

Kemmer, F.N., 1987. The Nalco Water Handbook. 2th Edition. New York: Mc- Graw Hill Company Book.

Kern, D.Q. 1965. Process Heat Transfer. New York: McGraw-Hill Book Company Japan Ltd.

Laporan Status Lingkungan Hidup Daerah Provinsi Banten

Metcalf dan Eddy, 1991, Wastewater Engineering, Treatment & Reuse. Edisi keempat, McGraw-Hill Book Company, New Delhi

Movahedyan, A. 2007. Performance Evaluation of an Anaerobic Baffled Reactor Treating Wheat Flouw Starch Industry Wastewater.Iran J.Environ. Health Sci.Eng. Vol.4, No.2:77-84.

Nalco. 2007. The Nalco Water Handbook, Edisi kedua. New York: McGraw-Hill Book Company.

Noykova et al. 2000. Quantitative Analysis of Anaerobic Wastewater Treatment Processes. Identifiability and Parameter Estimation. Biotechnology and Bioengineering. Vol.78 No.1.

PERMENKES No. 492/MENKES/SK/IV/2010. Standar Baku Air Bersih.

Limbah Bahan Berbahaya Dan Beracun

Perry, R.H. 1997. Perry’s Chemical Engineers Handbook 7 th ed. Mc.New York:

Graw Hill Companies Inc.

Peters, M. S. dan Timmerhaus, K. D,. 1991. Plant Design and Economis for Chemical Engineer. New York: John Wiley and Sons.

Peters, M.S., Timmerhaus, K.D., West, R.E,. 2003. Plant Design and Economics for Chemical Engineers. 5 th ed. New York: Mc-Graw Hill.

Powell, S. T. 1954. Water Conditioning for Industry. Tokyo: McGraw-Hill International Inc.

Setiadi, T. 2007. Diktat Kuliah Pengolahan dan Penyediaan Air. Department of Chemical Engineering. Bandung: Institut Teknologi Bandung.

Soeswanto. 2000. Kualitas Umpan Boiler. http:www.academia.edu diakses pada tanggal 26 November 2018 UNEP. 2006. Boiler dan Pemanas Fluida Termis.

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri.

Suryani, A., Illah S., Erliza H. 2002. Teknologi Emulsi. Bogor: Departemen teknologi Industri Pertanian, IPB.

Ulrich, K. T. dan Eppinger S. D. 2001. Perancangan dan Pengembangan Produk.

Jakarta: Salemba Teknika.

Volchenko, E.V., Feodorov, A.Y., Shoob, G.M. 1995. Benzaldehyde Production Waste Water Treatment by Bacterial Association. In: Moo-Young, M., Anderson, W.A., Chakrabarty, A.M. Environmental Biotechnology. Vol 4,

Air pendingin yang keluar melalui media-media perpindahan panas (Cooler) diarea proses akan disirkulasikan dan didinginkan kembali dalam Cooling Tower.

Penguapan dan kebocoran (blowdown) akan terjadi didalam Cooling Tower. Maka, kebutuhan air pendingin yang diperlukan untuk berjalannya operasi pabrik asam akrilat, sebagai berikut:

Tabel A.1 Kebutuhan Air Pendingin Pabrik Asam Akrilat

No Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 Cooler (E-101) 90639,926

2 Cooler (E-102) 1396240,815

3 Cooler (E-103) 46081,283

4 Cooler (E-104) 28002,063

5 Cooler (E-105) 31500,085

6 Kondensor (CD-101) 9,401

Total 1592473,573

overdesign 10% 1751720,930

Air pendingin bekas dapat digunakan kembali setelah didinginkan pada menara pendingin air (water Cooling Tower). Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka tambahan air yang diperlukan adalah jumlah air

T1 = temperatur air pendingin masuk (27ºC) Maka,

We = 0,00085 × 1751720,930 (50-27) = 34246,14 kg/jam 2. Drift loss (Wd)

Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1%-0,2% dari air pendingin yang masuk ke menara pendingin air (Perry, 1997). Ditetapkan drift loss 0,1%, maka:

Wd = 0,0015 × 1751720,930 kg/jam = 2627,58 kg/jam 3. Blow Down (Wb)

Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3-5 siklus (Perry, 1997). Ditetapkan 5 siklus, maka:

Wb= Wc

2 =34246,14

2 = 17123,07 Kg/Jam 4. Make up water

Make up water = We + Wd + Wb

= 34246,14 + 2627,58 + 17123,07 (kg/jam)

= 350344,19 kg/Jam A.1.2 Air Umpan Boiler

Tabel A.2 Kebutuhan Air Umpan Boiler

No Alat Kebutuhan (kg/jam)

1 Reboiler (RB-101) 317,0693145

Total 317,0693145

Kg/Jam = 69,76 Kg/Jam A.1.3 Air Domestik

Jumlah kebutuhan air domestik pada pabrik asam akrilat ini ini dapat dihitung berdasarkan jumlah pemakaian air perkantoran, mushola, bengkel, taman, kantin, laboratorium, dan poliklinik. Untuk jumlah karyawan pada pabrik asam akrilat adalah 60 ditentukan dengan plot kapasitas pabrik perhari pada fig.6-9 (Peters, 1991).

Karyawan shift dibagi menjadi tiga regu. Untuk menghitung jumlah kebutuhan air tersebut maka perlu memperkirakan jumlah karyawan pabrik asam akrilat yaitu sebagai berikut:

Tabel A.3 Jumlah Penggunaan Air Domestik Pabrik Asam Akrilat

No Kebutuhan

Unit

Pemilihan (Liter/hari/orang)

Pemakaian Per Hari (Liter/hari)

1 Kebutuhan domestik

& kantor

60 org X 3 shift X 3 Tahapan

Proses 540

70 37800

2 Kebutuhan air kantin

60 org X 3 shift X 3 Tahapan

Proses 540

80 43200

7 bengkel 10 10 50 500

Total 123100

Total (kg/jam) 5129,166667

Over design 10% 5642,083333

general usage 5952,397917 A.1.4 Air Hydrant

Air Hydrant merupakan air cadangan yang digunakan sewaktu terjadi musibah kebakaran, baik untuk perumahan ataupun perkantoran. Untuk menentukan kebutuhan pasokan air kebakaran menggunakan perhitungan SNI 03-1735-2000 sebagai berikut:

1. Pasokan air untuk Hydrant halaman harus sekurang-kurangnya 2400 liter/menit, serta mampu mengalirkan air minimal selama 45 menit.

2. Jumlah pasokan air untuk Hydrant halaman yang dibutuhkan ditunjukkan pada rumus berikut (SNI 03-1735-2000):

V = Q × t

Dimana :V = Volume air yang dibutuhkan Hydrant (liter) Q = Debit aliran untuk Hydrant (liter/menit)

t = Waktu pasokan air simpanan (menit)

Hydrant gedung atau biasa disebut dengan Hydrant box adalah suatu sistem pencegah kebakaran yang menggunakan pasokan air dan dipasang di dalam bangunan atau gedung. Hydrant box biasanya dipasang menempel di dinding dan menggunakan

= 5% × 5642,083333 kg/jam

= 282,1041667 kg/jam

Over design 10% = 310,3145833 kg/jam

Maka kebutuhan air Hydrant secara keseluruhan dengan faktor keamanan (over design) 10% berjumlah 310,3145833 kg/jam.

Secara keseluruhan, total kebutuhan air bersih sebanyak kg/jam, dengan perincian sebagai berikut:

Tabel A.4 Jumlah Total Kebutuhan Air Bersih Pabrik Asam Akrilat

No Penggunaan Jumlah (kg/jam)

1 Kebutuhan Umum 5952,397917

2 Pendingin 2102065,12

3 Steam 418,53

Total 2110489,856

A.1.5 Kebutuhan Listrik

A. Kebutuhan listrik pada Proses

Nama Alat Jumlah Alat Power

P-101 1 18,66286834

P-102 1 0,2211037

P-103 1 0,054899966

P-104 1 4,812585497

P-105 1 0,195965136

P-103 1 0,211605072

P-104 1 0,211605072

P-105 1 1013,805533

P-106 1 1380,139858

P-107 1 865,6623647

P-108 1 0,142328377

P-109 1 0,105818696

P-110 1 0,102996174

P-111 1 0,001614035

P-112 1 0,223181335

P-113 1 0,005035665

P-114 1 0,238054835

P-115 1 0,027615434

P-117 1 0,018200977

P-118 1 0,018200977

P-119 1 33,69142253

P-120 1 254,7899142

P-121 1 750,5570365

Pengaduk alum 1 0,024970406

Pengaduk soda 1 0,009361076

PL 304 1 0,431397

PL 305 1 0,431397

PL 306 1 0,435078

Total Hp 6092,155021

KWatt 4542,919999

Listrik alat proses, utilitas dan pengolahan limbah = 6119,027267 hp = 4541,118368 KWatt

C. Kebutuhan Listrik Alat Instrumentasi dan Kontrol

Kebutuhan listrik = 5% x 4541,118368 KWatt = 227,0559184 kWat D. Kebutuhan Listrik untuk Penerangan

Kebutuhan listrik = 30% x 4541,118368 KWatt = 1362,335511 kWatt

E. Kebutuhan Listrik Umum untuk Laboratorium, Rumah Tangga, Perkantoran dan Lain-lain

Kebutuhan listrik = 15% x 4541,118368 KWatt = 681,1677553 kWatt F. Harga Listrik

Total kebutuhan listrik = 6833,517817 kWatt Faktor keamanan 10% = 7516,869599 kWatt Harga PLN = Rp. 1.114.74/ KWH

Biaya listrik PLN = Rp Rp 6.116.929.308/bulan

Tipe Hum-mer screen

Data Perhitungan

Laju alir, F = 2110489,86 kg/jam Densitas, ρ = 995,680 kg/m³ 1. Laju Volumetrik (Q) Laju alir volumetrik air

Over design 20% = 2532587,83 kg/jam Q=F

ρ =2532587,83

995,680 = 2543,58 m³/jam 2. Data Electrical Vibrator

Bahan = Carbon steel

Cloth = Medium carbon steel wire

Inclination (wet screening) = 10°

Kecepatan = 125 getaran/s

Range kecepatan = 25-125 getaran/s (Perry’s ) 3. Menentukan Luas Screening

Appoximate capacity = luas screen × capacity range × aperture Capacity range = 5-20 ton/ft² area/aperture 24 hr

(Brown, 1950) Dipilih capacity = 10 ton/ft² area/aperture 24 hr

B.2 Pompa (P-201)

Nama Alat Pompa Kode Alat

Fungsi Mengalirkan air dari Bak Penyimpanan Air Bersih

(BP-102) menuju T-101 dan T-102 P-201

Tipe Centrifugal Pump

Data Perancangan

Laju alir massa, F = 2110489,86 kg/jam = 4652834,48 lb/s Densitas, ρ = 995,680 kg/m³ = 62,158 lb/ft³

Viskositas, μ = 0,8 cP = 0,001 lb/ft.s 1. Laju Volumetrik Cairan Melewati Pompa (Q)

Q = F ρ

= 2110489,86kg/jam 995,680kg/m³ = 2119,64673 m³/jam = 20,79295016 ft³/s

Q desain = Q × (1 + 10%)

= 2119,64673 × (1 + 10%) = 2331,619545 m³/jam = 22,87224517 ft³/s

Inside Diameter (ID) = 28,75 in = 2,395832375 ft Flow Area (At) = 0,400555556 ft²

3. Kecepatan Linear Aliran (v) v =Q

At

v=22,87224517 ft³/s

0,958333333ft2 =¿ 57,10130556 ft/s 4. Reynold Number (NRe)

N_ℜ=ID × v × ρ

μ (Geankoplis, 1993: Pers.

2.5-1)

N_ℜ=2,395832375ft ×57,10130556 ft/s ×62,158lb/ft3 0,001lb/ft . s

N_ℜ=¿ 1,58 x 10⁷ (aliran turbulen > 2100) 5. Menghitung Friction Losses Aliran Fluida

Friksi pada Pipa Lurus (Ff)

Untuk pipa dipilih dari bahan Commercial steel.

Nilai ε untuk commercial steel pipe = 0,000046 m Sehingga, ε/ID = 6,29921 x 10⁵ m

Gambar B.1 Friction Factor for Fluid Inside Pipes Nilai fanning friction factor (f) untuk aliran turbulen yaitu 0,0018.

Panjang pipa (ΔL) = 100 m = 328,08 ft gc = 32,174 lbm.ft/lbf.s²

Ff = 4fΔL

D v² 2gc

(Geankoplis, 1993 : Pers.

2.10-6)

= 4(0,0018) 328,08 2,395832375

(57,10130556)² 2 ( 32,174 )

= 49,95950668 ft.lbf/lbm

Friksi pada fitting dan valve (hf)

Type of Fitting or Valve Jumlah (n) Kf n.Kf

Elbow, 90^o 4 0,75 3

= 210,5856697 ft.lbf/lbm

a. Contraction Loss (hc) Kc = 0,55

hc = Kc . v² 2g_c

= 0,55.(57,10130556)² 2(32,174) = 27,86889263 ft.lbf/lbm

b. Enlargment Loss (hex) Kex = 1

Hex = Kex . v² 2gc

= 1.(57,10130556)² 2(32,174) = 50,67071388 ft.lbf/lbm

c. Total Friksi

∑F = Ff + hc + hex

= 210,5856697 + 27,86889263 + 50,67071388

= 289,1252762ft.lbf/lbm

6. Neraca Massa Mekanis

Dapat dihitung dengan persamaan Bernouli:

Beda Energi Potensial z1 = 0 m = 0 ft

z2 = 8,108 m = 26,5997623 ft Beda Tekanan

P1 = 1 atm = 2116,217 lbf /ft² P2 = 1 atm = 2116,217 lbf /ft²

P

❑ = 0 ft.lbf /lbm Maka:

Ws=v²

2.+z . g+P+∑ F 1,003x

Ws=¿ 26,5997623) + 289,1252762 Ws=¿ 315,7341649 ft.lbf /lbm 7. Perhitungan Daya Pompa (BHP) Kapasitas Pompa = 2118,36771 m³/jam

Gambar B.2 Efisiensi Pompa Sentrifugal (Peters & Timmerhaus, 2003) Dari Gambar B.2 diperoleh efisiensi pompa (η) = 92%

BHP = −Ws . Q.

550η

BHP = 315,7341649.20,79295016.62,158 550(0,9)

BHP = 806,4665885 HP

Gambar B.3 Efisiensi Motor (Peters & Timmerhaus, 2003)

Dari Gambar B.3 dengan daya pompa BHP = 806,4665885 HP, maka diperoleh efisiensi motor (ηm) = 92,5 %

P = BHP η_m Sehingga,

P = 806,4665885 92,5 % P = 871,85577144 HP

B.3 Bak Penampung (BP-201 dan BP-202)

Nama Alat Bak Penampung Kode Alat

Fungsi Bak Penyimpanan Air Sungai Dan Bak BP-101 dan

1. Laju alir volumetrik air Q=F

ρ =2110489,856

995,681 = 2119,65 m³/jam 2. Volume bak

V = Q x t

= 2119,65 m³/jam x 8 jam = 16957,17 m³

3. Volume bak over design

V = (100% + over design) x Volume bak = (100% + 10%) x 16957,17 m³ = 18652,89 m³

4. Rasio dimensi bak yang diasumsikan P : L : T = 7 : 5 : 1

Jika,

H³ =

P x L x T

¿ V setelah

design

¿

H³ = 18652,89 /(7x5x1) H = 8,107607289 m Maka,

(BP-102) menuju T-101 dan T-102 P-202 Tipe Centrifugal Pump

Data Perancangan

Laju alir massa, F = 2110489,856 kg/jam = 4652834,479 lb/s Densitas, ρ = 995,680 kg/m³ = 62,158 lb/ft³

Viskositas, μ = 0,8 cP = 0,001 lb/ft.s

1. Laju Volumetrik Cairan Melewati Pompa (Q) Q = F

ρ

= 2110489,856kg/jam 995,680kg/m³ = 2119,64673 m³/jam = 20,79295016 ft³/s

Q desain = Q × (1 + 10%)

= 2119,64673 × (1 + 10%) = 2331,619545 m³/jam = 22,87224517 ft³/s

2. Diameter Optimum Pipa untuk Aliran Turbulen Diasumsikan aliran fluida adalah turbulen (NRe > 2100)

3. Kecepatan Linear Aliran (v) v=Q

At

v=22,87224517 ft³/s

0,958333333ft2 =¿ 57,10130556 ft/s

4. Reynold Number (NRe) N_ℜ=ID × v × ρ

μ (Geankoplis, 1993: Pers.

2.5-1)

N_ℜ=2,395832375ft ×57,10130556 ft/s ×62,158lb/ft3 0,001lb/ft . s

N_ℜ=¿ 1,58 x 10⁷ (aliran turbulen > 2100) 5. Menghitung Friction Losses Aliran Fluida

Friksi pada Pipa Lurus (Ff)

Untuk pipa dipilih dari bahan Commercial steel.

Nilai ε untuk commercial steel pipe = 0,000046 m Sehingga, ε/ID = 6,29921 x 10⁵ m

Gambar B.4 Friction Factor for Fluid Inside Pipes (Geankoplis, 1993) Nilai fanning friction factor (f) untuk aliran turbulen yaitu 0,0018.

Panjang pipa (ΔL) = 100 m = 328,08 ft gc = 32,174 lbm.ft/lbf.s²

Ff = 4fΔL

D v² 2gc

(Geankoplis, 1993 : Pers.

2.10-6)

= 49,95950668 ft.lbf/lbm

Friksi pada fitting dan valve (hf)

Type of Fitting or Valve Jumlah (n) Kf n.Kf

Elbow, 90^o 4 0,75 3

Gate Valve, Wide Open 1 0,17 0,17

∑Kf 3,17

= 210,5856697 ft.lbf/lbm

a. Contraction Loss (hc) Kc = 0,55

hc = Kc . v² 2g_c

= 0,55.(57,10130556)² 2(32,174) = 27,86889263 ft.lbf/lbm

b. Enlargment Loss (hex) Kex = 1

Hex = Kex . v² 2gc

= 1.(57,10130556)² 2(32,174) = 50,67071388 ft.lbf/lbm

c. Total Friksi

∑F = Ff + hc + hex

= 210,5856697 + 27,86889263 + 50,67071388

= 289,1252762 ft.lbf/lbm

6. Neraca Massa Mekanis

Dapat dihitung dengan persamaan Bernouli:

Beda Energi Potensial z1 = 0 m = 0 ft z2 = 5,293865496 ft

z.g

gc = 14,7022×32,185 32,174

= 1,000343 ft.lbf/lbm

Beda Tekanan

P1 = 1 atm = 2116,217 lbf /ft² P2 = 1 atm = 2116,217 lbf /ft²

P

❑ = 0 ft.lbf /lbm Maka:

Ws=v²

2.+z . g+P+∑ F

Ws=¿ 3,023541279 + 2,271206035+ 289,1252762 Ws=¿ 294,420958 ft.lbf /lbm

Gambar B.5 Efisiensi Pompa Sentrifugal (Peters & Timmerhaus, 2003) Dari Gambar B.5 diperoleh efisiensi pompa (η) = 92,5%

BHP = −Ws . Q.

550η

BHP = 294,420958.20,79295016.62,158 550(0,925)

BHP = 747,9621427 HP

Gambar B.6 Efisiensi Motor (Peters & Timmerhaus, 2003)

Dari Gambar B.6 dengan daya pompa BHP = 747,9621427 HP, maka diperoleh efisiensi motor (ηm) = 92,5%

P = BHP η_m Sehingga,

P = 747,9621427 92,5 % P = 808,6077219 HP

B.5 Tangki Penyimpanan Al2(SO4)3 (T-201)

Nama Alat Tangki Penyimpanan Al2(SO4)3 Kode Alat Fungsi Tangki pelarutan tawas berfungsi sebagai tempat

untuk melarutkan alum (Al (SO).18H O) sebelum T-201

Densitas campuran, ρcampuran = 1162,8765 kg/m³ Viskositas, μair = 0,0008 kg/m.s Viskositas, μalum = 0,025 kg/m.s Viskositas, μcamp = 0,01290035 kg/m.s Waktu penyimpanan, t = 1 jam

1. Menentukan Volume dan Diameter Tangki Laju Volumetrik (Q) = F

ρ

= 2110489,856kg/jam 995,68kg/m³

= 2119,65 m³/jam

Jumlah Al2(SO4)3 yang dibutuhkan = 50 ppm/kg air = 50 g/m³ = 0,05 kg/m³ Jumlah alum yang dibutuhkan,

= 2119,65 m³/jam x 0,05 kg/ m³

= 105,9823365 kg/jam Jumlah alum 30% berat yang dibutuhkan,

= (100/30) x 105,9823365 kg/jam

= 353,2744551 kg/jam Volume Al2(SO4)3 = J umlah alum

ρ_camp × t

= 353,2744551kg/jam 1330,073kg/m3 ×1

= 0,292165844 m³

Dipilih perbandingan diameter dan tinggi tangki 1 : 2 (Walas, 1990) Volume Tangki = π

4 D²H=π

4 D² 2D D =

(

⁴× Volume tangki

π ×2

)

^1/3

D =

(

^4×0,292165844 3,14×2

)

^1/3

D = 0,72 m

Sehingga diperoleh,

Diameter (D) = 0,72 m = 28,32 in

Tinggi (H) = 2 D = 2 x 0,72 m = 1,44 m = 56,64 in 2. Menentukan Tinggi Cairan

HL = 4 ×( V tangki ) π × D²

HL = 4×0,292165844

3,14×0,4² = 2,359961836 m 3. Menentukan Tekanan Desain

P = 1 atm = 14,696 psi

Ph = ρ × g ×h (Brownell & Young, 1959) Ph = 1162,8765 ×9,807×0,4

Ph = 4533,970262 kg/ms²

Tipe Pengelasan = Double welded butt joint Efisiensi Pengelasan (E) = 80%

(Table 13.2, Brownell & Young, 1959) Tebal shell atau dinding tangki dirumuskan sebagai berikut:

Ts = (P. ID/2)/ (FE-0,6 P) + C (Timmerhaus, 1991)

ts =

(0,6×17,48938298)

¿

(12.650×0,8)−¿

17,48938298×28,32/2

¿ ts = 0,149496266in tsstandar = 0,1875 in

5. Menentukan Tebal dan Tinggi Head Tangki

Jenis head = Torispherical dished head Bahan konstruksi = Carbon Steel SA-283 Grade C

Allowable Stress (f) = 12650 Psi (Item 4, Brownell & Young, 1959) Corrosion Allowance (c) = 0,125 in (Tabel 8, Timmerhaus, 1991) Tipe Pengelasan = Double welded butt joint

Efisiensi Pengelasan (E) = 80%

(Table 13.2, Brownell & Young, 1959) Tebal head tangki dirumuskan sebagai berikut:

0,885×17,48938298×28,32

¿ th = 0,146415708 in thstandar = 0,1875 in

Untuk th = 0,1875 in, didapatkan data sebagai berikut (Brownell & Young 1959):

Outside diameter (OD) = ID x 2 (tebal shell standar)

= 28,32 x 2 (0,1875)

= 28,69448449 in Radius corner (rc) = 30 in

Inside corner radius (icr) = 1,875 in Standar straight flange (sf) = 2 in

(Table 5.6, Brownell & Young, 1959)

= 30 –

√ ⁽

^28,1252- 12,28474224²

)

= 4,699787887 in OA = th + sf +b

= 0,1875 + 2 + 4,699787887

= 6,887287887 in

6. Menentukan Tinggi Total Tangki Tinggi Total Tangki = Hs + OA

= 56,64 + 6,887287887

= 63,53 in

= 1,613570152 m

7. Menghitung Dimensi Pengaduk (Impeller)

Tipe = Turbin six blade, dilengkapi dengan 4 baffle Bahan konstruksi = Carbon Steel SA-285 Grade C

Diambil standar desain, (Table 3.4-1 Geankoplis, 1997) :

Da/Dt = ; H/Dt = 1 ; C/Dt = ⅓ ; W/Da = ; Dd/Da = ⅔ ; L/Da = ¼ ; J/Dt = ⅟₂ ⅕ ⅟₁₂ dengan, Dt = diameter tangki ; Da = diameter impeller ; W = lebar impeller ; L = panjang impeller ; Dd = jarak impeller dari dasar tangki; J = lebar baffle Diperoleh:

Da = 14,16 in = 0,36 m W = 2,83 in = 0,07 m

Sg = ρcampuran

ρair =1162,8665kg/m³

995,680kg/m³ =¿ 1,167921923

Welh = HL x Sg = 2,359961836ft x 1,167921923 = 2,020650345ft Kecepatan pengaduk (N) = 600

π × Dt

√

^{2× DtWelh}

= ⁶⁰⁰

π ×28,32

√

2,020650345 2×28,32

= 36,09188106rpm = 0,601531351rps Bilangan Reynold (NRe) = Da^2 ×N × ρ

μ (Geankoplis, 1993)

= 0,36^2 ×0,601531351 × 1162,8765 0,012

= 7,014 x 10³

Gambar B.8 Power Correlations for Various Impellers and Baffles

Dari Gambar 3.4-4, p.145 Geankoplis 1997, Berdasarkan NRe hasil perhitungan, maka diperoleh Np (bilangan daya) = 5

Maka daya motor, P:

Power (P) = NP× ρcampuran× N³× Da⁴

= 5 × 1162,8765 × ( 0,601531351 )³×(0,36)⁴

= 21,17571736 J/s = 0,028375461 Hp = 0,021175717 Kw Daya yang hilang diasumsikan sebesar 10% yaitu 0,002837546 hp.

Daya Input = 0,028375461 hp + 0,002837546 hp = 0,031213007 hp Diasumsikan efisiensi motor pengaduk = 80%

Maka daya motor pengaduk = 0,031213007 hp x 80% = 0,024970406 hp

Data Perancangan

Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psi Laju alir air, F = 2110489,856 kg/jam Densitas air, ρair = 995,680 kg/m³ Densitas Na2CO3 = 1327,4 kg/m³ Densitas campuran, ρcampuran = 1077,52 kg/m³ Viskositas, μ air = 0,0008 kg/m.s Viskositas, μ Na2CO3 = 0,001 kg/m.s Viskositas, μcamp = 0,00090035kg/m.s Waktu penyimpanan, t = 1 jam

1. Menentukan Volume dan Diameter Tangki Laju Volumetrik (Q) = F

ρ

= 2110489,856kg/jam 995,68kg/m³

= 2119,64673 m³/jam

Jumlah Na2CO3 yang dibutuhkan = 50 ppm/kg air = 50 g/m³ = 0,05 kg/m³ Jumlah Na2CO3 yang dibutuhkan,

= 2119,64673 m³/jam x 0,05 kg/ m³

= 105,9823365 kg/jam

Volume Tangki (VT) = (1 + over design) x Valum

= (1 + 10%) x 0,327858838 m³

= 0,360644722 m³

Dipilih perbandingan diameter dan tinggi tangki 1 : 2 (Walas, 1990) Volume Tangki = π

4 D²H=π

4 D² 2D D =

(

⁴× Volume tangki

π ×2

)

^1/3

D =

(

^4×0,360644722 3,14×2

)

^1/3

D = 0,771619702 m Sehingga diperoleh,

Diameter (D) = 0,771619702 m = 30,37866765in

Tinggi (H) = 2 D = 2 x 0,771619702 m = 1,543239403 m = 60,75733531 in 2. Menentukan Tinggi Cairan

HL = 4 ×( V tangki ) π × D²

HL = 4×0,360644722

3,14×0,771619702² = 0,771619702 m 3. Menentukan Tekanan Desain

P = 1 atm = 14,696 psi

Pdesain = (1 + over design) x (P + Ph) (Brownell & Young, 1959) Pdesain = (1 + 10%) x (17,06051892)

Pdesain = 18,76657081 Psi

4. Menentukan Tebal Dinding Tangki

Bahan konstruksi = Carbon Steel SA-283 Grade C

Allowable Stress (f) = 12.650 Psi (Item 4, Brownell & Young, 1959) Corrosion Allowance (c) = 0,125 in (Tabel 8, Timmerhaus, 1991) Tipe Pengelasan = Double welded butt joint

Efisiensi Pengelasan (E) = 80%

(Table 13.2, Brownell & Young, 1959) Tebal shell atau dinding tangki dirumuskan sebagai berikut:

ts = (P. ID/2)/ (FE-0,6 P) + C (Timmerhaus, 1991) ts = 18,76657081×30,37866765/2

(12.650×0,8)−(0,6×18,76657081)+0,125 ts = 0,15319854 in

tsstandar = 0,1875 in

5. Menentukan Tebal dan Tinggi Head Tangki

Jenis head = Torispherical dished head Bahan konstruksi = Carbon Steel SA-283 Grade C

Allowable Stress (f) = 12650 Psi (Item 4, Brownell & Young, 1959) Corrosion Allowance (c) = 0,125 in (Tabel 8, Timmerhaus, 1991)

th = (2×12.650×0,8)−¿

0,0885×18,76657081×30,37866765

¿ th = 0,149650841 in thstandar = 0,1875 in

Untuk th = 0,1875 in, didapatkan data sebagai berikut (Brownell & Young 1959):

Outside diameter (OD) = ID x 2 (tebal shell standar)

= 30,37866765 x 2 (0,1875)

= 30,75366765 in Radius corner (rc) = 30 in

Inside corner radius (icr) = 1,875 in Standar straight flange (sf) = 2 in

(Table 5.6, Brownell & Young, 1959)

Maka,

AB = (ID/2) – icr

= (15,18933383) – 1,875

= 13,31433383 in BC = rc -icr

= 30 – 1,875

= 28,125 in

b = rc –

√ ⁽

^{BC2- AB2}

⁾

= 30 –

√ ⁽

^28,1252- 13,31433383²

)

= 5,226139991 in OA = th + sf +b

= 0,1875 + 2 + 5,226139991

= 7,413639991 in

Gambar B.9 Torispherical Head (Brownell & Young, 1959)

Tipe = Turbin six blade, dilengkapi dengan 4 baffle Bahan konstruksi = Carbon Steel SA-285 Grade C

Diambil standar desain, (Table 3.4-1 Geankoplis, 1997) :

Da/Dt = ; H/Dt = 1 ; C/Dt = ⅓ ; W/Da = ; Dd/Da = ⅔ ; L/Da = ¼ ; J/Dt = ⅟₂ ⅕ ⅟₁₂ dengan, Dt = diameter tangki ; Da = diameter impeller ; W = lebar impeller

L = panjang impeller ; Dd = jarak impeller dari dasar tangki;

J = lebar baffle Diperoleh:

Da = 15,18933383 in = 0,385809851 m W = 3,037866765 in = 0,07716197 m J = 2,531555638 in = 0,064301642 m L = 3,797333457 in = 0,096452463 m C = 10,12622255 in = 0,257206567 m Dd = 10,12622255 in = 0,257206567 m 8. Menghitung Daya Motor Pengaduk Sg = ρcampuran

ρair =1077,52kg/m³

995,680kg/m³=¿ 1,082195083

Welh = HL x Sg = 1,305270903 ft x 1,082195083 = 1,206132724 ft Kecepatan pengaduk (N) = ⁶⁰⁰

π × Dt

√

^{2× DtWelh}

= 0,00090035

= 1,11 x 10⁵

Gambar B.10 Power Correlations for Various Impellers and Baffles

Dari Gambar 3.4-4, p.145 Geankoplis 1997, Berdasarkan NRe hasil perhitungan, maka diperoleh Np (bilangan daya) = 5

Maka daya motor, P:

Power (P) = N × ρ × N³× Da⁵

Data Perancangan

Laju alir massa, F = 353,2744551 kg/jam = 778,8369889 lb/s Densitas, ρ = 995,680 kg/m³ = 62,158 lb/ft³

Viskositas, μ = 0,8 cP = 0,001 lb/ft.s 1. Laju Volumetrik Cairan Melewati Pompa (Q)

Q = F ρ

= 353,2744551kg/jam 995,680kg/m³ = 0,354807222 m³/jam = 0,003480528 ft³/s

Q desain = Q × (1 + 10%)

= 0,354807222 × (1 + 10%) = 0,390289307 m³/jam = 0,00382858 ft³/s

2. Diameter Optimum Pipa untuk Aliran Turbulen Diasumsikan aliran fluida adalah turbulen (NRe > 2100)

Dioptimum = _3,9×Q^0,45_{× ρ}^0,13 (Walas, Pers. 6.32)

= 3,9×(0,00382858)^0,45×(62,158)^0,13

= 0,545238479 in

v=0,00382858 ft /s

0,0023125ft2 =1,655602304 ft/s 4. Reynold Number (NRe)

N_ℜ=ID × v × ρ

μ (Geankoplis, 1993: Pers.

2.5-1)

N_ℜ=0,068666639ft ×1,655602304 ft/s ×62,158lb/ft3 0,001lb/ft . s

N_ℜ=¿ 13145,03654

5. Menghitung Friction Losses Aliran Fluida Friksi pada Pipa Lurus (Ff)

Untuk pipa dipilih dari bahan Commercial steel.

Nilai ε untuk commercial steel pipe = 0,000046 m Sehingga, ε/ID = 0,002197844 m

Nilai fanning friction factor (f) untuk aliran turbulen yaitu 0,0072.

Panjang pipa (ΔL) = 100 m = 328,08 ft

gc = 32,174 lbm.ft/lbf.s²

Ff = 4fΔL

D v²

2g_c (Geankoplis, 1993 : Pers.

2.10-6)

= 5,861499582 ft.lbf/lbm

Friksi pada fitting dan valve (hf)

Type of Fitting or Valve Jumlah (n) Kf n.Kf

Elbow, 90^o 4 0,75 3

Gate Valve, Wide Open 1 0,17 0,17

= 5,996531443 ft.lbf/lbm

a. Contraction Loss (hc) Kc = 0,55 hc = Kc . v²

2g_c

= 0,55.(1,655602304)² 2(32,174) = 0,023428241 ft.lbf/lbm

b. Enlargment Loss (hex) Kex = 1

Hex = Kex . v² 2gc

= 1.1,655602304 2(32,174)

= 0,042596802 ft.lbf/lbm

c. Total Friksi

∑F = Ff + hc + hex

= 5,996531443 + 0,023428241 + 0,042596802

= 6,062556485 ft.lbf/lbm

6. Neraca Massa Mekanis

Dapat dihitung dengan persamaan Bernouli:

Beda Energi Potensial z1 = 0 m = 0 ft z2 = 79,98251021 ft Beda Tekanan

P1 = 1 atm = 2116,217 lbf /ft² P2 = 1 atm = 2116,217 lbf /ft²

P

❑ = 0 ft.lbf /lbm Maka:

- Ws= v²

2gc .+z . g/gc+P/+∑F

- Ws=¿ (1,003 x 79,98251021) + 6,062556485 - Ws=86,07250894 ft.lbf /lbm

7. Perhitungan Daya Pompa (BHP) Kapasitas Pompa = 0,354807222 m³/jam

Gambar B.11 Efisiensi Pompa Sentrifugal (Peters & Timmerhaus, 2003) Dari Gambar B.11 diperoleh efisiensi pompa (η) = 20%

BHP = −Ws . Q.

550η

BHP = 86,07250894.0,003480528.62,158 550(0,2)

BHP = 0,169284058 HP

8. Perhitungan Daya Motor (P)

Gambar B.12 Efisiensi Motor (Peters & Timmerhaus, 2003)

Dari Gambar B.12 dengan daya pompa BHP = 0,169284058 HP, maka diperoleh efisiensi motor (ηm) = 80%

P = BHP η_m Sehingga,

P = 0,169284058 80 % P = 0,211605072 HP B.8 Pompa (P-204)

Nama Alat Pompa Kode Alat

Fungsi Mengalirkan air dari T-102 menuju Clarifier (CL-

101) P-204

Tipe Centrifugal Pump

= 0,003480528 ft³/s Q desain = Q × (1 + 10%)

= 0,354807222 × (1 + 10%) = 0,390289307 m³/jam = 0,00382858 ft³/s

2. Diameter Optimum Pipa untuk Aliran Turbulen Diasumsikan aliran fluida adalah turbulen (NRe > 2100)

Dioptimum = _3,9×Q^0,45_{× ρ}^0,13 (Walas, Pers. 6.32)

= 3,9×(0,00382858)^0,45×(62,158)^0,13

= 0,545238479 in

Digunakan data steel pipe, Nominal Pipe size 0,75 in (Geankoplis, 1993: Appendix A.5-1) dengan spesifikasi:

Pipe size = 0,75

Outside Diameter (OD) = 1,05 in = 0,087499965 ft Inside Diameter (ID) = 0,824 in = 0,068666639 ft Flow Area (At) = 0,0023125 ft²

3. Kecepatan Linear Aliran (v) v=Q

At

v=0,00382858 ft³/s=1,655602304 ft/s