LE-1 1. Pompa Air Sungai (P-201)
Fungsi : Memompa air dari sungai ke bak penampungan air
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6906 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Viscositas (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 454,6906
lbms 62,16 lbm
ft3
= 7,3148 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (7,3148)0,45(62,16)0,13
= 16,3348 in
Dari Appendix E.19 Mc Graww Hill, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 6 in Schedule number = 80
Diameter dalam (ID) = 5,826 in = 0,3188 ft Diameter luar (OD) = 6 in
Inside sectional area = 0,0798 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 7,3142
0,0798
= 91,6647 ft/s
Sehingga :
NRe = ρVD
μ
= 62,16
lbm
ft3 × 91,6647 ft
s × 0,3188 ft 0,0005 lbm
ft3s
= 3.632.966,4982
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 dan ε/D = 0,0004705 Maka harga f = 0,0045 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 70,6323 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 192,6335 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 96,3167 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 50 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,0045)( 50(91,6647) (0,3188)(2)(32,714))
= 3,9551 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 128,4223 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 491,9600 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 50 ft 0 + 32,714
ft s2 32,714 ft s2
x (50 ft) + 0 + 491,9600 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -541,9600 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws =- 𝜂 x Wp
Wp = -0,8 x -541,9600 ft.lbf/lbm
Wp = 433,5680 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 454,6906 lbm/s x 433,5680 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 358,4349 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 358,4349 hp
2. Bak Penampungan Air (B-201)
Fungsi : Menampung air sungai untuk mengendapkan partikel- partikel yang besar tanpa bantuan bahan kimia
Jenis : Bak dengan permukaan bentuk persegi Junlah : 2 Unit (1 standby)
Bahan konstruksi : Beton Data :
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6909 lbm/s
Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Laju alir volumetrik (Q) = 7,3148 ft3/s = 745,6798 m3/jam Bak pengendap dirancang untuk penampung air selama 1 hari
Volume air buangan= (745,6798 m3/jam x 1 hari x 24 jam) = 17.896,3144 m3 Bak terisi 90 % maka volume bak = 17.896,3144 m3/0,9 = 19.884,7938 m3 Direncanakan ukuran bak sebagai berikut :
Panjang bak = 2 x lebar bak (l)
Tinggi bak = lebar bak (l) Maka, volume bak = p x l x t
19.884,7938 m3 = 2l x l x l, maka l = 21,5028 m sehingga,
Panjang bak = 43,0057 m
Lebar bak = 21,5028 m
Tinggi bak = 21,5028 m
3. Pompa Bak Pengendapan (P-202)
Fungsi : Memompa air dari bak penampungan air ke clarifier
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6906 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Viscositas (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 454,6906
lbm s 62,16 lbm
ft3
= 7,3148 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (7,3148)0,45(62,16)0,13
= 16,3348 in
Dari Appendix E.19 Mc Graww Hill, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 6 in Schedule number = 80
Diameter dalam (ID) = 5,826 in = 0,3188 ft Diameter luar (OD) = 6 in
Inside sectional area = 0,0798 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 7,3142
0,0798
= 91,6647 ft/s Sehingga :
NRe =ρVD
μ
=
62,16 lbm
ft3 × 91,6647 fts × 0,3188 ft 0,0005 lbm
ft3s
= 3.632.966,4982
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 dan ε/D = 0,0004705 Maka harga f = 0,0045 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 70,6323 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 192,6335 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 96,3167 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 50 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,0045)( 50(91,6647) (0,3188)(2)(32,714))
= 3,9551 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 128,4223 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 491,9600 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 50 ft 0 + 32,714
ft s2 32,714 ft s2
x (50 ft) + 0 + 491,9600 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -541,9600 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws =- 𝜂 x Wp
Wp = -0,8 x -541,9600 ft.lbf/lbm
Wp = 433,5680 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 454,6906 lbm/s x 433,5680 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 358,4349 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 358,4349 hp
4. Tangki Pelarutan Alum [Al2(SO4)3] (T-201)
Fungsi : Membuat larutan alum [Al2(SO4)3]
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-283 Grade C
Jumlah : 1 Unit
Volume tangki :
Al2(SO4)3 yang digunakan = 50 ppm
Al2(SO4)3yang digunakan berupa larutan 30% (% berat) Laju massa Al2(SO4)3 = 37,123 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30% = 1.363 kg/m3 = 85,093 lbm/ft3 (Perry, 1997) Kebutuhan perancangan = 30 hari
Volume larutan (Vl) = 37,123
kg jam ×24 jam
hari x 30 hari 0,5 × 1.363 kg
m3
= 39,2211 m3 Faktor kelonggaran = 20 %, Maka:
Volume tangki = 1,2 x 39,2211 m3 = 47,0654 m3 Diameter dan tebal tangki :
Vs = π . Di
2 . Hs
4 (Brownells & Young, 1959)
Dimana:
Vs = Volume silinder (ft3)
Di = Diameter dalam silinder (ft) Hs = Tinggi tangka silinder (ft)
Ditetapkan: Perbandingan tinggi tangka dengan diameter tangka Hs : Di = 2 : 1
Maka:
Vs = π . Di
2 . (3/2 Di)
4
47,0654 m3 = π . Di
2 . (3 Di) 8
Di = 3,1065 m = 10,1918 ft Hs = 6,2129 m = 20,3837 ft Tinggi cairan dalam tangki:
Tinggi cairan dalam tangki = volume cairan x tnggi silinder volume silinder
= 39,2211 x 10,1918 47,0656
= 5,1774 m Phidrostatis = ρ x g x h
= 1.363 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 5,1774 m
= 69,1573 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = (100% + 5%) x (69,1573 + 101,325)
Pdesain = 179,0064 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownells & Young, 1959) Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (179,0064) x (10,1918)
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 179,0064) = 0,0039 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0039 in + 1/8 in = 0,1289 in
Tebal tangki standart yang digunakan 7/16 in (Brownells & Young, 1959) Daya Pengaduk
Tipe pengaduk : Flat six turbin imp Jumlah baffle : 4 buah
Da/Dt = 1/3 ; Da = (1/3 x 3,1065) m = 1,0354 m E/Da = 1 ; E = (1 x 1,0354) m = 1,0354 m L/Da = 1/4 ; L = (1/4 x 1,0354) m = 0,2588 m
W/Da = 1/5 ; W = (1/5 x 1,0354) m = 0,2070 m J/Dt = 1/12 ; J = (1/12 x 3,1065) m = 0,0862 m Dimana:
Dt = diameter tangki Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar blade
Kecepatan pengaduk N = 2 rps
Viskositas Al2(SO4)370% = 0,000672 lbm/ft.s (Othmer, 1967) Bilangan Reynold:
NRe = ρ x N x Da
2 µ
=(85,093) x (2) x (1,0354)2
0,000672 = 271.548,235
NRe> 10.000 maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
P = Kr x n3 x Da
5 x ρ
gc (McCabe, 1999)
Kr = 6.3 (McCabe, 1999)
=(6,3) x (2)3 x (1,0354)5 x (85,093) x (1)
(32,714) x (550) = 0,2837 hp Efisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor penggerak =0,2837
0,8 = 0,3457 hp
5. Pompa Alum [Al2(SO4)3] (P-203)
Fungsi : Memompa alum dari tangki pelarutan alum ke clarifier
Jenis : Pompa injeksi
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel
Data :
Laju alir massa (F) = 37,1239 kg/jam = 0,0227 lbm/s Densitas Al2(SO4)3 30% (ρ) = 1.363 kg/m3 = 85,093 lbm/ft3 Viskositas Al2(SO4)3 30% (μ) = 0,000672 lbm/ft3.s
Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 0,0227
lbm s 85,093 lbm
ft3
= 0,00026 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (0,00026)0,45(85,093)0,13
= 0,1713 in
Dari Appendix A.5-1 Geankoplis, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 1/8 in Schedule number = 40
Diameter dalam (ID) = 0,269 in = 0,0224 ft Diameter luar (OD) = 0,405 in = 0,0337 ft Inside sectional area = 0,0004 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 0,00026
0,0004
= 0,6679 ft/s Sehingga :
NRe = ρVD
μ
=
85,093 lbm
ft3 × 0,6679 ft
s × 0,0224 ft 0,000672 lbm
ft3s
= 1.895,9530
Untuk pipa commercial steel dengan Nre 1.895,9530 diperoleh harga f= 0,16 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 0,6679
2 2(1)(32,714))
= 0,0037 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 0,6679
2 (2)(32,714))
= 0,0102 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 0,6679
2 (2)(32,714))
= 0,0051 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 20 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,16)( 20(0,6679)
(0,0224)(2)(32,714))
= 5,8291 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 0,6679
2 2(1)(32,714))
= 0,0068 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 5,8550 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 20 ft
0 + 32,714
ft s2 32,714 ft.lbmlb
f.s2
x (20 ft) + 0 + 5,8550 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -25,8550 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws = - 𝜂 x Wp
Wp =-0,8 x -25,8550 ft.lbf/lbm
Wp = 20,6840 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 0,0227 lbm/s x 20,6840 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 0,00085 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,00085 hp
6. Tangki Pelarutan Soda Abu [Na2CO3] (T-202)
Fungsi : Membuat larutan soda abu (Na2CO3) Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-283 Grade C
Jumlah : 1 Unit
Volume tangki :
Na2CO3yang digunakan = 27 ppm
Na2CO3yang digunakan berupa larutan 30% (% berat) Laju massa Na2CO3 = 20,0469 kg/jam
Densitas Na2CO330% = 1.327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3 (Perry, 1997) Kebutuhan perancangan = 30 hari
Volume larutan (Vl) = 20,0469
kg jam ×24 jam
hari x 30 hari 0,3 × 1.327 kg
m3
= 36,2566 m3 Faktor kelonggaran = 20 %, Maka:
Volume tangki = 1,2 x 36,2566 m3 = 43,5080 m3
Diameter dan tebal tangki : Vs = π . Di
2 . Hs
4 (Brownells & Young, 1959)
Dimana:
Vs = Volume silinder (ft3)
Di = Diameter dalam silinder (ft) Hs = Tinggi tangka silinder (ft)
Ditetapkan: Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 2 : 1
Maka:
Vs = π . Di
2 . (2/1 Di)
4
43,5080 m3 = π . Di
2 . (2 Di) 4
Di = 3,0261 m = 9,9283 ft Hs = 6,0522 m = 19,8566 ft Tinggi cairan dalam tangki:
Tinggi cairan dalam tangki = volume cairan x tnggi silinder volume silinder
= 36,2566 x 6,0522 43,5080
= 5,0435 m Phidrostatis = ρ x g x h
= 1.327 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 5,0435 m
= 65,5897 kPa
Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = (100% + 5%) x (65,5897 kPa + 101,325 kPa)
Pdesain = 175,2604 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownells & Young, 1959) Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa
Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (175,2604) x (3,0261 )
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 175,2604 ) = 0,0038 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0038 in + 1/8 in = 0,1288 in
Tebal tangki standart yang digunakan 3/16 in (Brownells & Young, 1959) Daya Pengaduk
Tipe pengaduk : Flat six turbin imp Jumlah baffle : 4 buah
Da/Dt = 1/3 ; Da = (1/3 x 3,0261) m = 1,0087 m E/Da = 1 ; E = (1 x 1,0087) m = 1,0087 m L/Da = 1/4 ; L = (1/4 x 1,0087) m = 0,2521 m W/Da = 1/5 ; W = (1/5 x 1,0087) m = 0,2017 m J/Da = 1/12 ; J = (1/12 x 1,0087) m = 0,0840 m Dimana:
Dt = diameter tangki Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar blade
Kecepatan pengaduk N = 2 rps
Viskositas Al2(SO4)370% = 0,000369 lbm/ft.s (Othmer, 1967) Bilangan Reynold:
NRe = ρ x N x Da
2 µ
= (82,8423 ) x (2) x (1,0087 )2
0,000369 = 456.870,5515
NRe> 10.000 maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
P = Kr x n3 x Da
5 x ρ
gc (McCabe, 1999)
Kr = 6.3 (McCabe, 1999)
P = (6,3) x (2)3 x (1,0087 )5 x (82,8423) x (1)
(32,714) x (550) = 0,2423 hp Efisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor penggerak = 0,2423 hp
0,8 = 0,3029 hp 7. Pompa Soda Abu [Na2CO3] (P-204)
Fungsi : Memompa soda abu dari tangki pelarutan soda abu ke clarifier
Jenis : Pompa injeksi
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 20,0469 kg/jam = 0,0122 lbm/s Densitas Na2CO3 30% (ρ) = 1.327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3 Viskositas Na2CO3 30% (μ) = 0,000369 lbm/ft3.s
Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 0,0122
lbm s 82,8423 lbm
ft3
= 0,00014 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (0,00014)0,45(82,8423)0,13
= 0,1310 in
Dari Appendix A.5-1 Geankoplis, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 1/8 in Schedule number = 40
Diameter dalam (ID) = 0,269 in = 0,0224 ft Diameter luar (OD) = 0,405 in = 0,0338 ft Inside sectional area = 0,0004 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 0,00014
0,0004
= 0,3704 ft/s Sehingga :
NRe = ρVD
μ
=
82,8423 lbm
ft3 × 0,3704 fts × 0,0224 ft 0,000369 lbm
ft3s
= .864,5080
Untuk pipa commercial steel dengan nilai Nre 62,2798 diperoleh harga f = 0,16 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 0,3704
2 2(1)(32,714))
= 0,0011 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 0,3704
2 (2)(32,714))
= 0,0031 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 0,3704
2 (2)(32,714))
= 0,0015 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 20 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,16)( 20(0,3704)
(0,0224)(2)(32,714))
= 3,2332 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 0,3704
2 2(1)(32,714))
= 0,0020 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 3,2412 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 20 ft 0 + 32,714
ft s2 32,714 ft.lbmlb
f.s2
x (20 ft) + 0 + 3,2412 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -23,2412 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws = - 𝜂 x Wp
Wp = -0,8 x -23,2412 ft.lbf/lbm
Wp = 18,5929ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 0,0122 lbm/s x 18,5929 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 0,00041 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,00041 hp
8. Clarifier (CL-201)
Fungsi : Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Bahan kontruksi : Carbon stell SA-283 grade C
Tipe : Ekternal solid recirculation clarifier
Jumlah : 1 unit
Data:
Laju massa air (F) : 742.478,914 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 : 37,1239 kg/jam Laju massa Na2CO3 : 20,0469 kg/jam Laju massa total : 742.536,1623 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 : 2.710 kg/m3 (Perry, 1997) Densitas Na2CO3 : 2.533 kg/m3 (Perry, 1997) Densitas air : 995,72 kg/m3
Reaksi koagulasi:
Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2
Perhitungan:
Dari Metcalf & Eddy, 1984 diperoleh Untuk clarifier tipe upflow (radial):
Kedalaman = 5 – 10 m Settling time = 1 – 3 jam
Dipilih kedalaman air (H) = 8 m dan settling time = 2 jam Diameter dan tinggi clarifier:
Densitas larutan (ρ) = 742.536,1623
742.478,9914
995,72 + 37,1239 2.710 + 20,0462.533
= 995,7478 kg/m3 Volume cairan v =
742.536,1623 kg jam 995,7478kg
m3
x 2 jam = 1.491,2992 m3 D = (4 x v
π . H )1/2 =(4 ×1.491,2992
3,14 × 8 )1/2 = 15,4099 m
Tinggi clarifier = 1,5 x 15,4099 m = 23,1149 m
Phidrostatis = ρ x g x h
= 995,7478 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 8 m
= 78,0666 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 78,0666 kPa + 101,325 kPa = 179,3916 kPa Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = 1,05 x 179,3916 kPa = 188,3612 kPa Joint efficiency = 0,8
Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 (Brownells & Young, 1959) Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (188,3612 ) x (15,4099)
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 188,3612 ) = 0,0208 m = 0,8202 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,8202 in + 1/8 in = 0,9452 in
Tebal shell standart yang digunakan = ¼ in (Brownells & Young, 1959) 9. Pompa Clarifier (P-205)
Fungsi : Memompa air dari clarifier air ke sand filter
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6906 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Viscositas (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 454,6906
lbms 62,16 lbm
ft3
= 7,3148 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (7,3148)0,45(62,16)0,13
= 16,3348 in
Dari Appendix E.19 Mc Graww Hill, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 6 in Schedule number = 80
Diameter dalam (ID) = 5,826 in = 0,3188 ft Diameter luar (OD) = 6 in
Inside sectional area = 0,0798 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 7,3142
0,0798
= 91,6647 ft/s Sehingga :
NRe =ρVD
μ
=
62,16 lbm
ft3 × 91,6647 fts × 0,3188 ft 0,0005 lbm
ft3s
= 3.632.966,4982
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 dan ε/D = 0,0004705 Maka harga f = 0,0045 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 70,6323 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 192,6335 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 96,3167 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 50 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,0045)( 50(91,6647) (0,3188)(2)(32,714))
= 3,9551 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 128,4223 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 491,9600 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 50 ft 0 + 32,714
ft s2 32,714 ft s2
x (50 ft) + 0 + 491,9600 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -541,9600 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws =- 𝜂 x Wp
Wp = -0,8 x -541,9600 ft.lbf/lbm
Wp = 433,5680 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 454,6906 lbm/s x 433,5680 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 358,4349 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 358,4349 hp
10. Sand Filter (V-201)
Fungsi : Tempat menyaring partikel-partikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan kontruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah : 1 unit
Volume tangki
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6904 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 Viskositas air (µ) = 0,8007 cP = 0,0005 16 lbm/ft3.s Faktor kelonggaran = 20%
Sand filter dirancang untuk menampung ¼ jam operasi Direncanakan volume bahan penyaring 1/3 volume tangki Volume air (Va) = 7442.478,9914 jamkg x 0,25 jam
995,72 kg m3
= 186,4176 m3
Volume tangki (Vt) = (1,2 x 186,4176) m3 = 233,7011 m3 Volume total = (1 + 0,3) x 233,7011 m3 = 290,8114 m3 Diamter dan tebal tangki
Vs = π . Di
2 . Hs
4 (Brownells & Young, 1959)
Dimana:
Vs = Volume silinder (ft3)
Di = Diameter dalam silinder (ft) Hs = Tinggi tangka silinder (ft)
Ditetapkan: Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki Hs : Di = 4 : 3
Maka:
Vs = π . Di
2 . (4/3 Di) 4
290,8114 = π . Di
2 . (4 Di) 12
Di = 6,5253 m = 21,4084 ft Hs = 8,7004 m = 28,5446 ft Diameter dan tinggi tutup
Diameter tinggi tutup = diameter tangki = 6,5253 m
Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tutup D : H = 4 : 1 Tinggi tutup = ¼ x (6,5253 m) = 1,6313 m
Tinggi tangki total = 6,5253 m + (2 x 1,6313 m) = 11,9630 m Tebal shell dan dan tutup tangki
Tinggi penyaring = ¼ x 11,9630 m = 2,9907 m Tinggi cairan dalam tangki = (186,4176 m3
223,7011 m3) x 11,9630 m = 9,9692 m
Phidrostatis = ρ x g x h
= 995,72 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 11,9630 m
= 97,2802 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 97,2802 kPa + 101,325 kPa = 198,6052 kPa Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = (1,05 x 198,6052 kPa) = 208,5354 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownells & Young, 1959) Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa (Brownells & Young, 1959) Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (208,5354 ) x (6,5253 )
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 208,5354 ) = 0,0097 m = 0,3845 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,3845 in + 1/8 in = 0,5095 in
Tebal shell standart yang digunakan = 5/8 in (Brownells & Young, 1959)
11. Pompa Sand Filter (P-206)
Fungsi : Memompa air dari sand filter ke tangki air
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6906 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Viscositas (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 454,6906
lbm s 62,16 lbm
ft3
= 7,3148 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (7,3148)0,45(62,16)0,13
= 16,3348 in
Dari Appendix E.19 Mc Graww Hill, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 6 in Schedule number = 80
Diameter dalam (ID) = 5,826 in = 0,3188 ft Diameter luar (OD) = 6 in
Inside sectional area = 0,0798 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 7,3142
0,0798
= 91,6647 ft/s Sehingga :
NRe =ρVD
μ
=
62,16 lbm
ft3 × 91,6647 ft
s × 0,3188 ft 0,0005 lbm
ft3s
= 3.632.966,4982
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 dan ε/D = 0,0004705 Maka harga f = 0,0045 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 70,6323 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 192,6335 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 96,3167 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 50 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,0045)( 50(91,6647) (0,3188)(2)(32,714))
= 3,9551 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 128,4223 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 491,9600 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 50 ft 0 + 32,714
ft s2 32,714 ft s2
x (50 ft) + 0 + 491,9600 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -541,9600 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws =- 𝜂 x Wp
Wp = -0,8 x -541,9600 ft.lbf/lbm
Wp = 433,5680 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 454,6906 lbm/s x 433,5680 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 358,4349 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 358,4349 hp
12. Tangki Air (T-203)
Fungsi : Tempat menampung air sementara untuk didistribusikan ke unit lain
Jenis : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan kontruksi : Carbon steel SA-283 Grade C
Jumlah : 1 unit Data:
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6904 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 Viskositas (µ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Tangki dirancang untuk kebutuhan selama 1 jam operasi
Volume air (Va) = 742.478,9914 kg/jam x 1 jam
995,72 kg/m3 = 745,6704 m3
Faktor kelonggaran = 20% maka:
Volume tangki = (1,2 x 745,6704 m3) = 849,8045 m3
Diamter dan tebal tangki Vs = π . Di
2 . Hs
4 (Brownells & Young, 1959)
Dimana:
Vs = Volume silinder (ft3)
Di = Diameter dalam silinder (ft) Hs = Tinggi tangka silinder (ft)
Ditetapkan: Perbandingan tinggi tangka dengan diameter tangki Hs : Di = 3 : 4
Maka:
Vs = π . Di
2 . (3/4 Di) 4
894,8045 = π . Di
2 . (3 Di) 16
Di = 11,4973 m = 37,7210 ft Hs = 8,6230 m = 28,2908 ft
Tinggi cairan dalam tangki = volume cairan x tinggi silinder volume silender
= (745,6704 m3× 8,6230 m
894,8045 m3 ) = 7,1858 m
Phidrostatis = ρ x g x h
= 995,72 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 7,1858 m
= 70,1200 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa
P = 70,1200 kPa + 101,325 kPa = 171,4450 kPa Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = (1,05 x 171,4450 kPa) = 180,0173 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownells & Young, 1959) Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa (Brownells & Young, 1959) Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (180,0173 ) x (11,4973)
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 180,0173 ) = 0,0148 m = 0,5848 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0, 5848 in + 1/8 in = 0,7098 in
Tebal shell standart yang digunakan = 1 1/8 in (Brownells & Young, 1959)
13. Pompa Tangki Air (P-207)
Fungsi : Memompa air dari tangki air ke kation exchanger
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 742.478,9914 kg/jam = 454,6906 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Viscositas (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 454,6906
lbm s 62,16 lbm
ft3
= 7,3148 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (7,3148)0,45(62,16)0,13
= 16,3348 in
Dari Appendix E.19 Mc Graww Hill, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 6 in Schedule number = 80
Diameter dalam (ID) = 5,826 in = 0,3188 ft Diameter luar (OD) = 6 in
Inside sectional area = 0,0798 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 7,3142
0,0798
= 91,6647 ft/s Sehingga :
NRe =ρVD
μ
=
62,16 lbm
ft3 × 91,6647 ft
s × 0,3188 ft 0,0005 lbm
ft3s
= 3.632.966,4982
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 dan ε/D = 0,0004705 Maka harga f = 0,0045 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 70,6323 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 192,6335 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 91,6647
2 (2)(32,714))
= 96,3167 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 50 ft (Ff) = 4f.(∆L.V
D.2.gc)
= 4(0,0045)( 50(91,6647) (0,3188)(2)(32,714))
= 3,9551 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 91,6647
2 2(1)(32,714))
= 128,4223 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 491,9600 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2 P2 = 101,325 kPa = 2116,22807 lbf/ft2
∆P = 0 lbf/ft2
∆z = 50 ft 0 + 32,714
ft s2 32,714 ft s2
x (50 ft) + 0 + 491,9600 ft.lbf/lbm + Ws = 0 Ws = -541,9600 ft.lbf/lbm
Efisiensi pompa (𝜂) = 80%
Ws =- 𝜂 x Wp
Wp = -0,8 x -541,9600 ft.lbf/lbm
Wp = 433,5680 ft.lbf/lbm
Daya pompa : P = m x Wp
= 454,6906 lbm/s x 433,5680 ft.lbf/lbm x 1 hp
550 ft.lbf/s
= 358,4349 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor = 358,4349 hp
14. Penukar Kation (Cation Exchanger) (T-204)
Fungsi : Mengikat senyawa logam yang terdapat dalam air umpan ketel (umpan boiler)
Bentuk : Silinder tegak dengan atas dan bawah elipsoidal Bahan kontruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah : 1 unit
Data:
Laju alir massa air = 19.097,155 kg/jam = 11,6950 lbm/s
Densitas air = 995,72 kg/m3 = 62,16 lbm/ft3 (Perry, 1997) Direncanakan ¼ volume tangki berisi resin
Volume larutan (V1) = 19.097,155 kg/jam x 5/4
995,72 kg/m3 = 23,9740 m3 Faktor kelonggaran = 20%, maka:
Volume tangki = 1,2 x 23,9740 m3 = 28,7688 m3 Diameter dan tebal tangki
Volume silinder tangki
V = ¼ x π x Dt2 x Hs (Hs : Dt = 3 : 2) Vs = ¼ x π x Dt3 = 1,1775 Dt3
Volume tutup tangka ellipsoidal (Vh)
Vh = 1/24 x π x Dt3 = 0,1308 Dt3 (Brownells & Young, 1959) Volume tangki (Vt)
Vt = Vs + Vh
28,7688 = 1,1775 Dt3 + 0,1308 Dt3 21,9889 = 1,30833 Dt3
Dt = 2,8015 m Tinggi silinder (Hs) Hs = 3/2 x Dt
Hs = 3/2 x 2,8015 m = 4,2023 m Tinggi head (Hh) : (Hh : Dt = 1 : 4) Hh = ¼ x Dt
Hh = ¼ x 2,8015 m = 0,7003 m
Tinggi total tangki (Ht):
Ht = Hs + (2 x Hh)
= 4,2023 m + (2 x 0,7003 m) = 5,6031m Tinggi cairan dalam tangki (Hc):
Tinggi cairan dalam tangki = Vc x Hs
Vs
= (23,9740 × 14,2023 28,7688 )
= 3,5019 m
Phidrostatis = ρ x g x h
= 995,72 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 3,5019 m
= 41,0068 kPa Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = (41,0068 + 101,325) kPa = 142,3318 kPa Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = (1,05 x 142,3318 kPa) = 149,4484 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownells & Young, 1959) Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa (Brownells & Young, 1959) Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (149,4484 ) x (2,8015 )
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 149,4484 ) = 0,0030 m = 0,1182 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,1182 in + 1/8 in = 0,2432 in
Tebal shell standart yang digunakan = 3/16 in (Brownells & Young, 1959)
Volume resin =
1
4 x 19.097,155 kg jam
995,72 kg/m3 = 4,7948 m3
15. Tangki Pelarutan H2SO4 (T-205)
Fungsi : Tempat membuat larutan asam sulfat (H2SO4) Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan kontruksi : Carbon steel SA-283 grade C
Jumlah : 1 unit
Volume tangki
Laju massa H2SO4 = 2,0554 kg/jam
Densitas H2SO4 50% = 1.387 kg/m3 = 86,5879 lbm/ft3 (Perry, 1997) Kebutuhan perancangan = 30 hari
Volume larutan (V1) = 2,0554 kg/jam x 30 hari x 24 jam/hari
0,5 x 1.387 kg/m3 = 2,1339 m3 Faktor kelonggaran = 20%, maka:
Volume tangki (Vt) = (1,2 x 2,1339 m3) = 2,5607 m3 Diamter dan tebal tangki
Vs = π . Di
2 . Hs
4 (Brownells & Young, 1959)
Dimana:
Vs = Volume silinder (ft3)
Di = Diameter dalam silinder (ft) Hs = Tinggi tangka silinder (ft)
Ditetapkan: Perbandingan tinggi tangka dengan diameter tangka Hs : Di = 3 : 2
Maka:
Vs = π . Di
2 . (3/2 Di) 4
2,5607 = π . Di
2 . (3 Di) 8
Di = 1,2955 m Hs = 1,9433 m
Tinggi cairan dalam tangki:
Tinggi cairan dalam tangki = volume cairan x tinggi silinder volume silinder
= 2,1339 m3 × 1,9433 m
2,5607 m3 = 1,6194 m
Phidrostatis = ρ x g x h
= 1.387kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,6194 m
= 26,4157 kPa
Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa P = (26,4157 + 101,325) kPa = 127,7407 kPa Faktor keamanan untuk tekanan = 5%
Pdesain = (1,05 x 127,7407 kPa) = 134,1278 kPa
Joint efficiency = 0,8 (Brownells & Young, 1959) Allowable stress =12.650 psia = 87.218.714 kPa
Tebal shell tangki:
t = P x D
(2 x S x E) - (1,2 x P)
= (134,1278 ) x (1,2955)
(2 x 87.218,714 x 0,8) - (1,2 x 134,1278 ) = 0,0012 m = 0,0490 in Faktor korosi = 1/8 in/tahun
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0, 0490 in + 1/8 in = 0,1740 in
Tebal tangki standart yang digunakan 1/4 in (Brownells & Young, 1959) Daya Pengaduk
Tipe pengaduk : Flat six turbin imp Jumlah baffle : 4 buah
Da/Dt = 1/3 ; Da = (1/3 x 1,2955 m) = 0,4318 m E/Da = 1 ; E = (1 x 0,4318 m) = 0,4318 m L/Da = 1/4 ; L = (1/4 x 0,4318 m) = 0,1079 m W/Da = 1/5 ; W = (1/5 x 0,4318 m) = 0,0863 m J/Dt = 1/12 ; J = (1/12 x 1,2955 m) = 0,1079 m Dimana:
Dt = diameter tangki Da = diameter impeller
E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar blade
Kecepatan pengaduk N = 1 rps
Viskositas H2SO4 50% = 0.00034942 lbm/ft.s (Othmer, 1967)
Bilangan Reynold:
NRe = ρ x N x Da
2 µ
=(86,5879) x (1) x (0,4318 )2
0,00034942 = 415.957,0511
NRe> 10.000 maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:
P = Kr x n3 x Da
5 x ρ
gc (McCabe, 1999)
Kr = 6.3 (McCabe, 1999)
=(6,3) x (1)3 x (0,4318 )5 x (86,4879)
(32,174) x (550) = 0,00046 hp
Efisiensi motor penggerak = 80%
Daya motor penggerak =0,00046 hp
0,8 = 0,00057 hp
16. Pompa Penukar Kation (Cation Exchanger) (P-208)
Fungsi : Memompa air dari kation exchanger ke anion exchanger
Jenis : Pompa sentrifugal
Jumlah : 2 unit (1 standby) Bahan Konstruksi : Commercial Steel Data :
Laju alir massa (F) = 19.907,155 kg/jam = 11,6950 lbm/s Densitas air (ρ) = 995,72 kg/jam = 62,16 lbm/ft3 Viscositas (μ) = 0,8007 cP = 0,0005 lbm/ft3.s Perhitungan :
Laju alir volume (Q) = 11,6950
lbm s 62,16 lbm ft3
= 0,1881 ft
3 s
Diameter pipa ekonomis untuk aliran turbulen :
Dopt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus, 2004)
= 3,9 (0,1881)0,45(62,16)0,13
= 3,1458 in
Dari Appendix A.5-1 Geankoplis, dipilih pipa commercial steel:
Ukuran nominal = 1 in
Schedule number = 40
Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,0874 ft Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,1096 ft Inside sectional area = 0,006 ft2
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
V = Q
A
= 0,1881
0,006
= 31,3568 ft/s Sehingga :
NRe = ρVD
μ
=
62,16 lbm
ft3 × 31,3568 fts × 0,0874 ft 0,0005 lbm
ft3s
= 340.779,372
Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 dan ε/D = 0,00172 Maka harga f = 0,008 (Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997)
Kehilangan karena gesekan (friction loss):
1. 1 sharp edge enterance (hc) = 0,55 (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= 0,55 (1-0)( 31,3568
2 2(1)(32,714))
= 8,2654 ft.lbf/lbm
2. 2 elbow 90o (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 2(0,75)( 31,3568
2 (2)(32,714))
= 22,5420 ft.lbf/lbm
3. 1 check valve (hf) = n.Kf.(V
2 2.gc)
= 1(0,75)( 31,3568
2 (2)(32,714))
= 11,2710 ft.lbf/lbm
4. Pipa lurus 20 ft (Ff) = 4f.(∆L.𝑉
2 D.2.gc)
= 4(0,008)( 20(31,3568)2 (0,0874)(2)(32,714))
= 3,5087 ft.lbf/lbm
5. 1 sharp edge exit (hex) = (1-A2
A1)( V
2 2a.gc)
= (1-0)( 31,3568
2 2(1)(32,714))
= 15,1280 ft.lbf/lbm
Total friction loss ∑F = 60,6152 ft.lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli
1
2α ((v2)2 – (v1)2) + g(z2 – z1) + P
2- P1
P + ∑F + Ws = 0 Dimana : v1 = v2
P1 = 101,325 kPa = 2.116,22807 lbf/ft2 P2