PERENCANAAN ALAT UTAMA PABRIK SODIUM SULFATE DARI SULFURIC ACID DAN SODIUM FORMATE DENGAN PROSES FORMIC ACID.

VI - 1 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate

BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA

REAKTOR R - 210 Fungsi : Mereaksikan sodium formate dan sulphuric acid menjadi sodium Sulfate. Type : Silinder tegak , tutup atas dished dan tutup bawah conis dilengkapi pengaduk dan jaket pendingin. Operasi : continuous Kondisi operasi : Tekanan operasi = 1 atm Tekanan atmospheric Suhu operasi : 40 o C Suhu kamar Waktu reaksi = 82 menit 1,36 jam berdasarkan kinetika reaksi Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 2 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Kondisi feed : 1. Feed sodium formate dari tangki M-113 : Komponen Berat kg Fraksi berat Ρ grcc [Perry 7 ed ;T.2-1] HCOONa 4362,9600 0,9800 1,919 NaOH 8,9040 0,0020 2,130 NaCl 8,9040 0,0020 2,163 Na 2 CO 3 22,2600 0,0050 2,533 Na 2 S 4,4520 0,0010 1,856 HCOOH 44,5200 0,0100 1,000 4452,0000 1,0000  campuran = 43 , 62 komponen berat fraksi 1    = . . . . . lbcuft Foust : 671 1 grcc = 62,43 lbcuft  bahan = 1 0,0010 1,856 0,0010 2,533 0,0050 2,163 0,0020 2,130 0,0020 1,919 0,9800 1      x 62,43 = 118,9 lbcuft Rate massa natrium carbonate = 4452,0000 kgjam = 9815,3244 lbjam  campuran = 43 , 62 komponen berat fraksi 1    = 118,9 lbcuft Rate volumetrik= densitas massa rate = cuft lb jam lb 118,9 9815,3244 = 83 cuftjam Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 3 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate

2. Feed sulfuric acid dari tangki F-120 : Komponen Berat

kg Fraksi berat Ρ grcc [Perry 7 ed ;T.2-1] H 2 SO 4 3125,5587 0,9800 1,834 H 2 O 63,7869 0,0200 1,000 3189,3456 1,0000 Rate massa sulfuric acid = 3189,3456 kgjam = 7031,5502 lbjam  campuran = 43 , 62 komponen berat fraksi 1    = 112,6 lbcuft Rate volumetrik= densitas massa rate = cuft lb jam lb 112,6 7031,5502 = 62 cuftjam Tahap – tahap Perencanaan 1. Perencanaan Dimensi Reaktor

2. Perencanaan Sistem Pengaduk 3. Perencanaan Sistem Pemanas

1. PERENCANAAN DIMENSI REAKTOR

Total rate volumetric bahan masuk : Rate volumetrik = rate sodium formate + rate sulfuric acid = 83 cuftjam + 62 cuftjam = 145 cuftjam ρ campuran = 113,1 lbcuft produk Waktu reaksi = 1,36 jam Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 4 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Volume bahan = rate volumetrik x waktu reaksi = 145 cuftjam x 1,36 jam = 197 cuft Asumsi volume bahan mengisi 80 volume tangki dan digunakan 1 buah tangki. Volume tangki = 197 80 = 247 cuft Menentukan ukuran tangki dan ketebalannya Diambil dimension ratio H D = 1,5 Ulrich ; T.4-27 : 248 Dengan mengabaikan volume dished head. Volume tangki =  4 . D 2 . H 247 = 4  . D 2 . 1,5 D D = 6 ft = 72 in = 1,83 m D maksimum = 4 m; Ulrich; T.4-18 H = 1,5 D = 9 ft = 108 in Penentuan tebal shell : Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank : t min = C P 6 , fE ri P    [Brownell Young ,pers.13-1,hal.254] dengan : t min = tebal shell minimum; in P = tekanan tangki ; psi ri = jari-jari tangki ; in ½ D C = faktor korosi ; in diambil 18 in E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint. faktor pengelasan, E = 0,8 f = stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell Young,T.13-1] Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 5 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate P operasi = P hydrostatis P hydrostatis = 144 H x  =   144 9 80 1 , 113   = 5,6 psi P design diambil 10 lebih besar dari P operasi untuk faktor keamanan. P design = 1,1 x 5,6 = 6,2 psi r = ½ D = ½ x 72 in = 36 in t min =     125 , 7 6 , 8 , 12650 36 2 , 6      = 0,147 in digunakan t = 316 in Dimensi tutup atas, standard dished : Untuk D = 72 in didapat rc = 72 in , icr = 4 38 in Brownell Young, T-5.7 digunakan persamaan 13.12 dari Brownell Young. Tebal standard torispherical dished atas : t h = P 1 , fE rc P 885 ,    + C [Brownell Young; pers.13.12] dengan : t h = tebal dished minimum ; in P = tekanan tangki ; psi rc = crown radius ; in [BY,T-5.7] C = faktor korosi ; in diambil 18 in E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint. faktor pengelasan, E = 0,8 f = stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell Young,T.13-1] P design = 6,2 psi t h =     2 , 6 1 , 8 , 12650 72 2 , 6 885 ,      + 0,125 = 0,163 in , digunakan t = 316 in h = rc - 4 D rc 2 2  = 0,796 ft Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 6 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Penentuan dimensi tutup atas, dished : ID = ID shell = 72 in a = 2 ID = 36 in Untuk D = 72 in, didapat rc = 72 in , icr = 4 38 in Brownell Young, T-5.7 Rc r = radius of dish = 72 in icr rc = inside crown radius = 4,38 in = 4,375 in AB = 2 ID - icr = 36 – 4,375 = 31,261 in BC = r – icr = 72 – 4,375 = 66,897 in AC = 2 2 AB BC  = 59,144 in b = r - 2 2 AB BC  = 72 – 59,144 = 12,129 in sf = straight flange = dipilih 2 in = 2 in [Brownell,T.5.6] t = tebal dished = 316 in = 0,188 in OA = t + b + sf = 0,188 + 12,129 + 2 = 14,317 in C a t r ID sf b icr OA A B Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 7 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Tutup bawah, conis : Tebal conical =   C 0,6P - fE cos 2 D . P   [Brownell,hal.118; ASME Code] dengan  = ½ sudut conis = 302 = 15 tc =       8 1 2 , 6 6 , 8 , 12650 15 cos 2 72 2 , 6       o  0,147 in = 316 in Tinggi conical : h =   2 m D tg    [Hesse, pers.4-17] Keterangan :  = ½ sudut conis ; 15  D = diameter tangki ; ft m = flat spot center ; 12 in = 1 ft maka h =   2 1 D 15 tg o   = 2 5 268 ,  = 7 ft Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 8 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate

2. PERENCANAAN SISTEM PENGADUK

Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade. Dari Perry 6ed ; p.19-9 : Diameter impeler Da = 13 diameter shell = 13 x 6 = 1,980 ft Lebar blade w = 0,2 diameter impeller = 0,2 x 1,980 = 0,396 ft Panjang blade = 0,25 x diameter impeller = 0,25 x 1,980 = 0,495 ft Penentuan putaran pengaduk : V = π x Da x N Joshi; hal.389 Dengan : V = peripheral speed ; mmenit Untuk pengadukan jenis turbin : Da = diameter pengaduk ; m N = putaran pengaduk ; rpm Peripheral speed = 200 – 250 mmenit Joshi; hal.389 Sesuai dengan range maka diambil V = 200 mmenit Da = 1,980 ft = 0,60 m N = Da x V  = 60 , 200 x  = 106 rpm = 1,8 rps Da E J H Dt L W Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 9 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Putaran Jumlah Pengaduk : Jumlah Impeller = gki Diameter sg x liquid tinggi tan Joshi; hal.389 = 6 905 , 1 9 80 x x ≈ 2 buah Bilangan Reynolds ; N Re : Putaran pengaduk , N = 106 rpm = 1,8 rps ρ campuran = 113,1 lbcuft μ campuran = 0,00162 lbft.dt berdasarkan sg bahan N Re =     N Da 2  499126 Karena N Re 10000 , maka digunakan baffle. [Perry 6 ed ; hal 19-8] Untuk N Re 10000 diperlukan 4 buah baffle , sudut 90 Perry, 6 ed , hal. 19-8 Lebar baffle, J = JDt = 112 Lebar baffle, J = 112 x Dt = 112 x 6 = 0,5 ft Untuk N Re 10000 perhitungan power digunakan persamaan 5.5 Ludwig, halaman 190 dengan persamaan : P =     5 3 3 D N g K     [Ludwig,Vol-1,pers.5.5,hal.190] dengan : P = power ; hp K 3 = faktor mixer turbin = 6,3 [Ludwig,Vol-1,T.5.1,hal.192] g = konstanta gravitasi ; 32,2 ftdt 2 x lb m lb f  = densitas ; lbcuft N = kecepatan putaran impeller ; rps Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 10 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate D = diameter impeller ; ft P =     5 3 1,980 1,8 1 , 113 2 , 32 3 , 6    = 4077,7 lb.ftdt = 7,4 hp 1 lb.ftdt=1550 hp Untuk 2 buah impeller, maka power input = 2 x 7,4 hp = 14,8 hp Perhitungan losses pengaduk : Gland losses kebocoran tenaga akibat poros dan bearing = 10 Joshi:399 Gland losses 10 = 10 x 14,8  1,48 hp Power input dengan gland losses = 14,8 + 1,48 = 16,31 hp Transmission system losses = 20 Joshi:399 Transmission system losses 20 = 20 x 16,31  3,26 hp Power input dengan transmission system losses = 16,31 + 3,26 = 19,57 hp Digunakan power motor = 20 hp

3. PERENCANAAN SISTEM PEMANAS Perhitungan Jaket :

Perhitungan system penjaga suhu : Kern , hal 719 Dari neraca panas : suhu yang dijaga = 40 o C Q = 26103,4560 kkaljam = 103587 Btujam Suhu masuk rata-rata = 30 o C = 86 o F Suhu keluar produk = 40 o C = 104 o F ∆T = 104 – 86 = 18 o F Kebutuhan media = 1333,5099 kgjam = 2940 lbjam Densitas brine = 74,6638 lbcuft Obin : table 2.2 Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 11 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Rate volumetrik = cuft lb jam lb bahan bahan rate  = 39 cuftjam = 0,01 cuftdt Asumsi kecepatan aliran = 3 ftdt [Kern, T.12, hal. 845] Luas penampang = dt ft dt cuft aliran tan kecepa volumetrik rate = 0,01 3 = 0,004 ft 2 Luas penampang = 4 D 2 2 - D 1 2 dengan : D 2 = diameter dalam jaket D 1 = diameter luar bejana = Di bejana + 2 x tebal = 6 + 2 316 in  0,02 ft = 5,979 ft Luas penampang = 4 D 2 2 - D 1 2 0,004 = 4 D 2 2 – 5,979 2 D 2 = 5,980 ft Spasi = 2 D D 1 2  = 2 5,979 5,980  = 0,00031 ft = 0,004 in  316 in Penentuan tebal jaket : Tebal jaket berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank : t min = C P 6 , fE ri P    [Brownell Young ,pers.13-1,hal.254] dengan : t min = tebal shell minimum; in P = tekanan tangki ; psi ri = jari-jari tangki ; in ½ D C = faktor korosi ; in diambil 18 in E = faktor pengelasan, digunakan double welded butt joint. faktor pengelasan, E = 0,8 f = stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 grade C, maka f = 12650 psi [Brownell Young,T.13-1] Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 12 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate P design = 6,2 psi R = ½ D = ½ x 5,980 in = 2,990 in t min =     2 , 6 6 , 8 , 12650 12 990 , 2 2 , 6      + 0,125 = 0,147 in , digunakan t = 316 in Perhitungan Tinggi Jaket : U D = 30 Kern, Tabel 8 A = t U Q D   = 18 30 103587  = 192 ft 2 A conis = 0,785 D + m   2 2 d 785 , m D h 4    Hesse : pers. 4-19 m = 12 in = 1 ft Hesse : 85 h : tinggi conical = 0,7 ft d : Indise Diameter Jaket = 5,980 ft D : Outside Diameter Jaket = OD + 2 x tebal jaket = 6,02 ft A conis = 0,785 D + m   2 2 d 785 , m D h 4    = 40,37 ft 2 A jaket = A shell + A conis 192 =  . 5,980 . h + 40,37 h jaket = 7,96 ft Tinggi tangki = 8,5 ft Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 13 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Spesifikasi : Fungsi : Mereaksikan sodium formate dan sufuric acid menjadi sodium sulfate. Type : Silinder tegak , tutup atas dished dan tutup bawah conis dilengkapi pengaduk, dan jaket. Operasi : Continuous Dimensi Shell : Diameter Shell , inside : 6 ft Tinggi Shell : 9 ft Tebal Shell : 316 in Dimensi tutup : Tinggi tutup atas dished : 316 in Tinggi Tutup atas : 0,796 ft Tebal tutup bawah conis : 316 in Tebal Tutup bawah : 0,7 ft Bahan konstruksi : Carbon steel SA-283 grade C Brownell : 253 Jumlah rekator : 2 buah sistem continuous Sistem pengaduk Dipakai impeler jenis turbin dengan 6 buah flat blade dengan 2 buah impeler. Diameter impeller : 1,980 ft Panjang blade : 0,495 ft Lebar blade : 0,396 ft Power motor : 20 hp Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VI - 14 Perencanaan Alat Utama Pabrik Sodium Sulfate Sistem Pemanas Diameter jaket : 5,980 ft Tinggi jaket : 7,96 ft Jaket spacing : 316 in Tebal Jaket : 316 in Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber VII - 1 Instrumentasi Keselamatan Kerja Pabrik Sodium Sulfate

BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA