Cp.dT kJ Cp.dT Joule

− H Vapor H 2 O pada suhu 100 C; 1,013 bar = 2.256,9 kJkg Reklaitis, 1983 H 2 O pada alur 28 = m. − H Vapor = 7,716 x 2.256,9 = 17.414,2404 kJ Tabel LB-24. ∆ H Bahan Masuk Pada Vacuum Spray Chamber 01 VSC-01 Komponen m kg n kmol Cp Jmol.K ∆ T K

n.Cp.dT kJ

Sodium Palmitat 498,7373 1,7940 461,6300 100-25 62.112,3165 Asam Palmitat 3,7247 0,0145 443,0000 100-25 481,7625 NaOH 0,3156 0,0079 289,8244 100-25 171,7209 NaCl 0,3787 0,0064 254,2371 100-25 122,0338 H 2 O 77,1604 4,2867 75,2400 100-25 24.189,8481 EDTA 0,6313 0,0032 374,7000 100-25 89,9280 TiO 2 1,2626 0,0158 54,0800 100-25 64,0848 Gliserin 56,8181 0,6175 215,9000 100-25 9.998,8688 TOTAL 97.230,5634 Tabel LB-25. ∆ H Bahan Keluar dari Vacuum Spray Chamber 01 VSC-01 Komponen m kg n mol Cp Jmol.K ∆ T K

n.Cp.dT Joule

Sodium Palmitat 498,7373 1,7940 461,6300 30-25 4.140,8211 Asam Palmitat 3,7247 0,0145 443,0000 30-25 32,1175 NaOH 0,3156 0,0079 289,8244 30-25 11,4481 NaCl 0,3787 0,0064 254,2371 30-25 8,1356 H 2 O 69,4444 3,8580 75,2400 30-25 1.451,3796 EDTA 0,6313 0,0032 374,7000 30-25 5,9952 TiO 2 1,2626 0,0158 54,0800 30-25 4,2723 Gliserin 56,8181 0,6175 215,9000 30-25 666,5913 Universitas Sumatera Utara H 2 O uap 17.414,2404 TOTAL 23.735,0011 dQ = Q out – Q in = 23.735,0011 – 97.230,5634 kJ = -73.495,5623 kJjam Maka panas yang diserap air pendingin sebesar -73.495,5623 kJjam. Digunakan air pendingin dengan temperatur masuk 25 C 298 K, 1 atm dan keluar pada temperatur 50 C 323 K, 1 atm. Cp air = 75,24 Joulemol.K Perry, 1997. Q = n x Cp x dT n = dT Cp Q . = 298 323 24 , 75 3 73.495,562 - − x = 40,5829 kmol Maka jumlah air pendingin yang digunakan untuk menurunkan suhu 70 C adalah : m = n x BM = 40,5829 kmol x 18 kgkmol = 730,4922 kgjam Tabel LB-26. Neraca Energi Pada Vacuum Spray Chamber 01 VSC-01 Komponen Panas Masuk kJjam Q in =n.Cp.dT Panas Keluar kJjam Q out =n.Cp.dT 18 19 20 Sodium Palmitat 62.112,3165 - 4.140,8211 Asam Palmitat 481,7625 - 32,1175 NaOH 171,7209 - 11,4481 NaCl 122,0338 - 8,1356 H 2 O 24.189,8481 - 1.451,3796 EDTA 89,9280 - 5,9952 Universitas Sumatera Utara TiO 2 64,0848 - 4,2723 Gliserin 9.998,8688 - 666,5913 H 2 O uap - 17.414,2404 - Panas yang diserap air pendingin -73.495,5623 - TOTAL 23.735,0011 23.735,0011 Universitas Sumatera Utara LAMPIRAN C SPESIFIKASI PERALATAN LC-1. Tangki Asam Palmitat Fungsi : untuk menampung asam palmitat selama 7 hari Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal, alas datar. 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B 3. Volume : Tabel LC-1. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada Tangki Komponen M kgjam ρ kgliter V liter Asam Palmitat 502,462 0,8505 590,7842 Total 502,462 590,7842 Sumber : Neraca Massa ρ = 0,8505 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 53,0947 lbft 3 Perry, 1997 Direncanakan dibuat tangki sebanyak 1 unit untuk persediaan 15 hari maka : t = 7 hari = 7 hari x 24 jamhari = 168 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 590,7842 literjam x 168 jam = 99.251,7456 liter = 99,252 m 3 Universitas Sumatera Utara Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 99,252 1 + 0,2 = 119,1024 m 3 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal, alas datar. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh Volume silinder, Vs = Hs D . . 4 1 2 π =           D D 2 3 . . 4 1 2 π = 3 . 8 3 D π = 1,1775 D 3 Volume tutup tangki : Vh = 3 24 D π = 0,1309 D 3 Brownell, 1959 Volume tangki = Vs + Vh 119,1024 m 3 = 1,1775 D 3 + 0,1309 D 3 119,1024 m 3 = 1,3084 D 3 D 3 = 1,3084 119,1024 = 91,029 m 3 D = 3 3 m 91,029 = 4,4984 m = 4,4984 m x 3,2808 ftm = 14,7584 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Universitas Sumatera Utara Hs = 2 3 x D = 2 3 x 4,4984 = 6,7476 m Tinggi tutup, Hh = 4 1 x D = 4 1 x 4,4984 = 1,1246 m Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,7476 m + 1,1246 m = 7,8722 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 4984 , 4 14 , 3 119,1024 4 x x = 7,4978 m = 7,4978 m x 3,2808 ftm = 24,5988 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 psi Tekanan desain, P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ =14,696 + 144 1 24,5988 0947 , 53 − = 14,696 + 8,7012 = 23,3972 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 23,3972 x 1,2 = 28,0766 psi 8. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Perry,1997 Effisiensi sambungan, E = 85 Perry,1997 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Universitas Sumatera Utara Tebal dinding tangki : t = 6 , 12 Cxn P fxE PxDx + − Perry,1997 t = 28,0766 6 , 85 , 650 . 12 12 14,7584 28,0766 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,4632 in + 0,125 in = 0,5882 in dipilih tebal dinding standar 1,00 inchi Jacket steam, Kebutuhan steam = 1,760 kgjam Neraca Panas Panas steam = 4.347,3805 kJjam Temperatur steam masuk = 131,2 C = 293,76 F Temperatur steam keluar = 60 C = 165,6 F Diameter luar tangki = diameter dalam + 2 x tebal dinding = 14,7584 x 12 in + 2 x 1,25 in = 179,601 in Asumsi jarak jaket = 5 in Diameter dalam jaket = 179,601 in + 2 x 5 in = 189,601 in Luas permukaan perpindahan panas, A = T x U dQ D ∆ Dimana : dQ = panas yang yang dibawa oleh steam, BTUjam = 4.347,3805 kJjam = 4.123,0557 BTUjam Universitas Sumatera Utara ∆ T = perbedaan temperatur fluida masuk dan keluar = T 1 = 293,76 F, T 2 = 165,6 F , ΔT = 128,16 U D = koefisien perpindahan panas, BTUjam. F.ft 2 Besar U D berada antara 50 – 150 BTUjam. F.ft 2 Perry, 1997 U D yang diambil adalah 100 BTUjam. F.ft 2 Sehingga, A = 16 , 128 100 4.123,0557 x = 0,3217 ft 2 Tinggi jaket steam = Tinggi tangki = 6,7476 m = 22,1375 ft H = xD A π = 14,7584 14 , 3 0,3217 x = 0,0069 ft Tekanan jaket steam, P desain = P operasi + 144 1 − Hc ρ Dimana : ρ = 53,0947 lbft 3 , tekanan operasi 14,696 psi P desain = 14,696 + 144 1 0,0069 53,0947 − = 14,3298 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 14,3298 x 1,2 = 17,1958 psi Bahan konstruksi jaket steam, Aluminum alloy 996A Tebal jaket steam, t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 17,1958 6 , 85 , 650 . 12 12 14,7584 17,1958 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,2835 in + 0,125 in Universitas Sumatera Utara = 0,4085 in dipilih tebal dinding standar 0,5 inchi LC-2. Tangki NaOH Fungsi : untuk menampung NaOH selama 7 hari Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal alas datar. 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B 3. Volume : Tabel LC-2. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada Tangki Komponen M kgjam ρ kgliter V liter NaOH 0,3156 2,13 0,1482 H 2 O 0,1352 0,9689 0,1395 Total 0,4508 0,2877 Sumber : Neraca Massa ρ = 2877 , 4508 , kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 97,8185 lbft 3 Perry, 1997 Direncanakan dibuat tangki sebanyak 1 unit untuk persediaan 7 hari maka : t = 7 hari = 7 hari x 24 jamhari = 168 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 0,2877 literjam x 168 jam = 48,3336 liter Universitas Sumatera Utara = 48,3336 liter = 0,0483 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 0,0483 1 + 0,2 = 0,058 m 3 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tangki = Vs + Vh 0,058 m 3 = 1,1775 D 3 + 0,1309 D 3 0,058 m 3 = 1,3048 D 3 D 3 = 3048 , 1 0,058 = 0,0444 m 3 D = 3 3 m 0,0444 = 0,3542 m = 0,3542 m x 3,2808 ftm = 1,1621 ft 1. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 0,3542 = 0,5313 m Universitas Sumatera Utara Tinggi tutup, Hh = 4 1 x D = 4 1 x 0,3542 = 0,0885 m Tinggi total tangki = Hs + Hh = 0,5313 m + 0,0885 m = 0,6198 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 0,3542 14 , 3 0,058 4 x x = 0,589 m = 0,589 m x 3,2808 ftm = 1,9323 ft 2. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, P desain 144 1 1,9323 97,8185 696 , 14 144 1 − + = − + = Hc P operasi ρ = 14,696 + 0,6333 = 15,3293 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 15,3293 x 1,2 = 18,3952 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : Universitas Sumatera Utara t = 6 , 12 Cxn P fxE PxDx + − t = 18,3952 6 , 85 , 650 . 12 12 1,1621 18,3952 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0333 in + 0,125 in = 0,1583 in dipilih tebal dinding standar 0,2 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : propeler berdaun tiga Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 0,22 x Dt = 0,22 x 1,1621 ft = 0,2557 ft • Jarak propeler dari dasar tangki, E = Da = 0,2557 ft • Kecepatan putaran: 90 rpm → 60 90 = 1,5 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam tangki : Densitas, ρ = 97,8185 lbft 3 Viscositas, μ = 43 cp x 6,7197 x 10 -4 lbft.s = 0,0289 lbft.s Kern, 1965 Bilangan Reynold, N Re = µ ρ xNx Da 2 = 0289 , x97,8185 x1,5 0,2557 2 = 331,9524 Dari gambar 9.14 Mc. Cabe, 1999 diperoleh nilai Np = 0,3 Maka daya pengadukan, Universitas Sumatera Utara P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 97,8185 5 , 1 3 , 0,2557 3 5 x x x x = 0,000006 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 80 , 0,000006 = 0,0000076 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp LC-3. Tangki NaCl Fungsi : untuk menampung NaCl selama 7 hari Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal alas datar. 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B 3. Volume : Tabel LC-3. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada Tangki Komponen M kgjam ρ kgliter V liter NaCl 0,3787 2,1630 0,1751 H 2 O 95,1244 0,9689 98,1777 Total 95,5031 98,3528 Sumber : Neraca Massa ρ = 0,971 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 60,6189 lbft 3 Perry, 1997 Direncanakan dibuat tangki sebanyak 1 unit untuk persediaan 7 hari maka : t = 7 hari = 7 hari x 24 jamhari = 168 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Universitas Sumatera Utara Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 971 , 95,5031 literjam x 168 jam = 16.523,27 liter = 16,5233 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 16,5233 1 + 0,2 = 19,828 m 3 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tangki = Vs + Vh 19,828 m 3 = 1,1775 D 3 + 0,1309 D 3 19,828 m 3 = 1,3048 D 3 D 3 = 3048 , 1 19,828 = 15,1962 m 3 D = 3 3 m 15,1962 = 2,4769 m Universitas Sumatera Utara = 2,4769 m x 3,2808 ftm = 8,1263 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 2,4769 = 3,7153 m Tinggi tutup, Hh = 4 1 x D = 4 1 x 2,4769 = 0,6192 m Tinggi total tangki = Hs + Hh = 3,7153 m + 0,6192 m = 4,3345 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 2,4769 14 , 3 19,828 4 x x = 4,1171 m = 4,1171 m x 3,2808 ftm = 13,5074 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, P desain 144 1 13,5074 60,6189 696 , 14 144 1 − + = − + = Hc P operasi ρ = 14,696 + 5,2652 = 19,9612 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 19,9612 x 1,2 = 23,9534 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Universitas Sumatera Utara Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 12 Cxn P fxE PxDx + − t = 9534 , 23 6 , 85 , 650 . 12 12 8,1263 23,9534 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,2175 in + 0,125 in = 0,3425 in dipilih tebal dinding standar 0,5 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : propeler berdaun tiga Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 0,22 x Dt = 0,22 x 8,1263 ft = 1,7878 ft • Jarak propeler dari dasar tangki, E = Da = 1,7878 ft • Kecepatan putaran: 90 rpm → 60 90 = 1,5 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam tangki : Densitas, ρ = 60,6189 lbft 3 Viscositas, μ = 0,013 cp x 6,7197 x 10 -4 lbft.s = 0,00009 lbft.s McCabe, 1989 Bilangan Reynold, Universitas Sumatera Utara N Re = µ ρ xNx Da 2 = 000009 , 60,6189 5 , 1 1,7878 2 x x = 3.229.197,94 Dari gambar 9.14 Mc. Cabe, 1999 diperoleh nilai Np = 0,6 Maka daya pengadukan, P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 60,6189 5 , 1 6 , 1,7878 3 5 x x x x = 0,1408 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 80 , 0,1408 = 0,176 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp LC-4. Tangki Aditif Fungsi : untuk menampung EDTA, TiO 2 dan gliserin selama 7 hari Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal alas datar. 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B 3. Volume : Tabel LC-2. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada Tangki Aditif Komponen M kgjam ρ kgliter V liter EDTA 0,6313 1,140 0,5538 TiO 2 1,2626 3,900 0,3237 Universitas Sumatera Utara Gliserin 56,8181 1,113 51,0495 Total 58,712 51,927 Sumber : Neraca Massa ρ = V m = 51,927 58,712 = 1,1307 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 70,5869 lbft 3 Direncanakan dibuat tangki sebanyak 1 unit untuk persediaan 7 hari maka : t = 7 hari = 7 hari x 24 jamhari = 168 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 1,1307 58,712 literjam x 168 jam = 8.723,4598 liter = 8,7235 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 8,7235 1 + 0,2 = 10,4682 m 3 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Universitas Sumatera Utara Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tangki = Vs + Vh 10,4682 m 3 = 1,1775 D 3 + 0,1309 D 3 10,4682 m 3 = 1,3048 D 3 D 3 = 3048 , 1 10,4682 = 8,0228 m 3 D = 3 3 m 8,0228 = 2,0019 m = 2,0019 m x 3,2808 ftm = 6,5678 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 2,0019 = 3,0029 m Tinggi tutup, Hh = 4 1 x D = 4 1 x 2,0019 = 0,5005 m Tinggi total tangki = Hs + Hh = 3,0029 m + 0,5005 m = 3,5034 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 2,0019 14 , 3 10,4682 4 x x = 3,3275 m = 3,3275 m x 3,2808 ftm = 10,9169 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, Universitas Sumatera Utara P desain 144 1 10,9169 70,5869 696 , 14 144 1 − + = − + Hc P operasi ρ = 14,696 + 4,8611 = 19,5571 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 19,5571 x 1,2 = 23,4685 psi 8. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 12 Cxn P fxE PxDx + − t = 23,4685 6 , 85 , 650 . 12 12 6,5678 23,4685 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,1722 in + 0,125 in = 0,2972 in dipilih tebal dinding standar 0,75 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : propeler berdaun tiga Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 0,22 x Dt = 0,22 x 6,5678 ft = 1,4449 ft • Jarak propeler dari dasar tangki, E = Da = 1,4449 ft Universitas Sumatera Utara • Kecepatan putaran: 90 rpm → 60 90 = 1,5 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam tangki : Densitas, ρ = 70,5869 lbft 3 Viscositas, μ = 100 cp x 6,7197 x 10 -4 lbft.s = 0,0672 lbft.s Kern, 1965 Bilangan Reynold, N Re = µ ρ xNx Da 2 = 0672 , 70,5869 5 , 1 1,4449 2 x x = 3.289,4378 Dari gambar 9.14 Mc. Cabe, 1999 diperoleh nilai Np = 0,4 Maka daya pengadukan, P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 70,5869 5 , 1 4 , 1,4449 3 5 x x x x = 0,0377 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 0,8 0,0377 = 0,047 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp LC-5. Bucket Elevator BE-01 Fungsi : untuk mengangkut NaOH ke tangki NaOH. Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : Universitas Sumatera Utara 3. Tipe : Semi vertikal bucket elevator 4. Kapasitas : Laju bahan yang diangkut = 0,3156 kgjam Neraca Massa Faktor Kelonggaran fk = 20 Kapasitas = feed x 1+ fk = 0,3156 x 1+0,2 kgjam = 0,3787 kgjam Dari tabel 21.8 Perry, 1984 diperoleh untuk kapasitas dibawah 14 tonjam maka untuk bucket elevator dipilih kapasitas dengan spesifikasi : 14. Ukuran bucket = 6 x 4 x 4,5 in 15. Jarak tiap bucket = 12 in 16. Kecepatan putar = 43 rpm 17. Kecepatan bucket = 225 ftmenit 18. Daya head shaft = 1 Hp 19. Diameter tail shaft = 1 16 11 in 20. Diameter head tail shaft = 1 16 15 in 21. Pully head = 14 in 22. Lebar belt = 7 in = 0,17780 m = 17,780 cm 23. Panjang bucket = 25 ft = 7,62 m 24. Effisiensi motor Em = 80 25. Daya tambahan D = 0,02 Hpft 26. Daya, P = elevator center x D + daya head shaft = 25 x 0,02 + 1 = 1,5 Hp Universitas Sumatera Utara Daya motor = Em P = 8 , 5 , 1 = 1,875 Hp ≈2,0 Hp LC-6. Mixer 1 Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi penyabunan netralisasi Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal dan alas berbentuk kerucut. 2. Bahan Konstruksi : stainless steel 316 3. Volume : Tabel LC-5. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada Mixer 1 Komponen M kgjam ρ kgliter V liter Sodium Palmitat 498,7373 1,1033 452,0414 Asam Palmitat 3,7247 0,8505 4,3794 NaOH 0,3156 2,1300 0,1482 NaCl 0,3787 2,1630 0,1751 H 2 O 95,2596 0,9686 98,3477 Total 598,4159 555,0918 Sumber : Neraca Massa ρ campuran = V m = 555,0918 4159 , 598 = 1,078 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 67,3 lbft 3 Reaksi netralisasi dalam netralizer dilakukan selama 30 menit, maka : t = 30 menit = 0,5 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Universitas Sumatera Utara Vc = ρ m x t = 555,0918 literjam x 0,5 jam = 277,5459 liter = 0,2775 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 0,2775 1 + 0,2 = 0,333 m 3 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal dan alas berbentuk kerucut. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh , D = Ha Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume alas, Va = 3 1 π r 2 x Ha = 3 1 π 2 2 1       xD x D = 12 1 x 3,14 D 3 = 0,2617 D 3 Volume tangki = Vs + Vh + Va 0,333 m 3 = 1,1775 D 3 + 0,1309 D 3 + 0,2617 D 3 0,333 m 3 = 1,5701 D 3 Universitas Sumatera Utara D 3 = 1,5701 0,333 = 0,2121 m 3 D = 3 3 m 0,2121 = 0,5964 m = 0,5964 m x 3,2808 ftm = 1,9566 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 0,5964 = 0,8946 m Tinggi tutup, Hh = 4 1 x D = 4 1 x 0,5964 = 0,1491 m Tinggi alas, Ha = 0,5964 m Tinggi total tangki = Hs + Hh + Ha = 0,8946 m + 0,1491 m + 0,5964 m = 1,6401 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 5964 , 14 , 3 0,333 4 x x = 1,1926 m Tinggi cairan yang sebenarnya = 1,1926 m - 0,5964 m = 0,5962 m = 0,5962 m x 3,2808 ftm = 1,9560 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ = 144 1 1,9560 3 , 7 6 696 , 14 − + = 14,696 + 0,4468 Universitas Sumatera Utara = 15,1428 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 15,1428 x 1,2 = 18,1714 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki stainless steel 316 Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Brownell,1959 Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 18,1714 6 , 85 , 650 . 12 12 9566 , 1 18,1714 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0397 in + 0,125 in = 0,1647 in dipilih tebal dinding standar 0,25 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : helical ribbon Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 3 1 x Dt = 3 1 x 1,9566 ft = 0,6522 ft • Lebar efektif, J = 12 1 x Dt = 12 1 x 24,2645 ft = 0,1631 ft • Tinggi pengaduk dari dasar, E = Da = 0,6522 ft Universitas Sumatera Utara • Kecepatan putaran: 500 rpm → 60 500 = 8,3333 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam netralizer : Densitas, ρ = 67,3 lbft 3 Viscositas, μ = 4,6 cp x 6,7197 x 10 -4 lbft.s = 0,0031 lbft.s Kern, 1965 Bilangan Reynold, N Re = µ ρ xNx Da 2 = 0031 , 3 , 67 3333 , 8 6522 , 2 x x = 76.954,1377 Dari figure 3.4-4 Geancoplis, ed.3, diperoleh nilai Np = 0,6 Maka daya pengadukan, P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 3 , 67 3333 , 8 6 , 6522 , 3 5 x x x x = 0,0022 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 0,8 0,0022 = 0,0027 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp Jacket steam, Kebutuhan steam = 207,2972 kgjam Panas steam = 490.391,2053 kJjam Neraca Panas Temperatur steam masuk = 131,2 C = 293,76 F Temperatur steam keluar = 85 C = 210,6 F Universitas Sumatera Utara Diameter luar mixer = diameter dalam + 2x tebal dinding = 1,9566 x 12 in + 2 x 0,25 in = 23,9792 in Asumsi jarak jaket = 5 in Diameter dalam jaket = 23,9792 in + 2 x 5 in = 33,9792 in Luas permukaan perpindahan panas, A = T x U dQ D ∆ Dimana : dQ = panas yang yang dibawa oleh steam, BTUjam = 490.391,2053 kJjam = 465.087,0191 BTUjam ∆ T = perbedaan temperatur fluida masuk dan keluar = T 1 = 293,16 F, T 2 = 210,6 F, ΔT = 82,56 U D = koefisien perpindahan panas, BTUjam. F.ft 2 Besar U D berada antara 50 – 150 BTUjam. F.ft 2 Perry, 1997 U D yang diambil adalah 150 BTUjam. F.ft 2 Sehingga, A = 56 , 82 150 91 465.087,01 x = 37,5555 ft 2 Tinggi jaket steam = Tinggi tangki = 0,8946 m = 2,9350 ft Universitas Sumatera Utara Tekanan jaket steam, P desain = P operasi + 144 1 − Hc ρ Dimana : ρ = 67,3 lbft 3 , tekanan operasi 14,696 psi P desain = 14,696 + 144 1 2171 , 5 3 , 67 − = 16,6669 psi Tebal jaket pemanas, t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn P x PxDx + − t = 10 0125 , 6669 , 16 6 , 85 , 650 . 12 12 9566 , 1 16,6669 x x x x x + − t = 0,0364 in + 0,125 in = 0,1614 in dipilih tebal dinding standar 0,25 inchi LC-7. Mixer 2 Fungsi : sebagai tempat pencampuran zat aditif dengan net soap Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal dan alas berbentuk kerucut. 2. Bahan Konstruksi : stainless steel 316 3. Volume : Universitas Sumatera Utara Tabel LC-6. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada Mixer 2 Komponen M kgjam ρ kgliter V liter Sodium Stearat 498,7373 1,1033 452,0414 Asam Stearat 3,7247 0,8505 4,3794 NaOH 0,3156 2,1300 0,1482 NaCl 0,3787 2,1630 0,1751 H 2 O 95,2596 0,9686 98,3477 EDTA 0,6313 0,8600 0,7341 TiO 2 1,2626 4,2300 0,2985 Gliserin 56,8181 1,261 45,0579 Total 657,1279 601,1823 Sumber : Neraca Massa ρ campuran = V m = 601,1823 1279 , 657 = 1,0930 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 68,2334 lbft 3 Reaksi netralisasi dalam netralizer dilakukan selama 30 menit, maka : t = 30 menit = 0,5 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 601,1823 literjam x 0,5 jam = 300,5911 liter = 0,3006 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 0,3006 1 + 0,2 = 0,3607 m 3 Universitas Sumatera Utara 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal dan alas berbentuk kerucut. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh , D = Ha Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume alas, Va = 3 1 π r 2 x Ha = 3 1 π 2 2 1       xD x D = 12 1 x 3,14 D 3 = 0,2617 D 3 Volume tangki = Vs + Vh + Va 0,3607 m 3 = 1,1775 D 3 + 0,1309 D 3 + 0,2617 D 3 0,3607 m 3 = 1,5701 D 3 D 3 = 1,5701 0,3607 = 0,2297 m 3 D = 3 3 m 0,2297 = 0,6124 m = 0,6124 m x 3,2808 ftm = 2,0092 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Universitas Sumatera Utara Hs = 2 3 x D = 2 3 x 0,6124 = 0,9186 m Tinggi tutup, Hh = 4 1 x D = 4 1 x 0,6124 = 0,1531 m Tinggi alas, Ha = 0,6124 m Tinggi total tangki = Hs + Hh + Ha = 0,9186 m + 0,1531 m + 0,6124 m = 1,6841 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 6124 , 14 , 3 3607 , 4 x x = 1,2252 m Tinggi cairan yang sebenarnya = 1,2252 m + 0,6124 m = 0,6128 m = 0,6128 m x 3,2808 ftm = 2,0105 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ = 144 1 2,0105 2334 , 8 6 696 , 14 − + = 14,696 + 0,4788 = 15,1748 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 15,1748 x 1,2 = 18,2098 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki stainless steel 316 Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Perry,1997 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Perry,1997 Universitas Sumatera Utara Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Perry,1997 Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 18,2098 6 , 85 , 650 . 12 12 2,0092 18,2098 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0409 in + 0,125 in = 0,1659 in dipilih tebal dinding standar 0,25 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : helical ribbon Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 3 1 x Dt = 3 1 x 2,0092 ft = 0,6697 ft • Lebar efektif, J = 12 1 x Dt = 12 1 x 2,0092 ft = 0,1674 ft • Tinggi pengaduk dari dasar, E = Da = 0,6697 ft • Kecepatan putaran: 500 rpm → 60 500 = 8,3333 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam netralizer : Densitas, ρ = 68,2334 lbft 3 Viscositas, μ = 4,6 cp x 6,7197 x 10 -4 lbft.s = 0,0031 lbft.s Kern, 1965 Bilangan Reynold, Universitas Sumatera Utara N Re = µ ρ xNx Da 2 = 0031 , 2334 , 68 3333 , 8 6697 , 2 x x = 82.264,5892 Dari figure 8.3 N.Harnby, 1992 diperoleh nilai Np = 0,6 Maka daya pengadukan, P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 2334 , 68 3333 , 8 6 , 6697 , 3 5 x x x x = 0,1804 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 0,8 0,1804 = 0,2255 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp Jacket steam, Kebutuhan steam = 1,4565 kgjam Panas steam = 3.445,4464 kJjam Neraca Panas Temperatur steam masuk = 131,2 C = 293,76 F Temperatur steam keluar = 85 C = 210,6 F Diameter luar mixer = diameter dalam + 2x tebal dinding = 2,0092 x 12 in + 2 x 1,00 in = 26,1104 in Asumsi jarak jaket = 5 in Diameter dalam jaket = 26,1104 in + 2 x 5 in = 36,1104 in Luas permukaan perpindahan panas, Universitas Sumatera Utara A = T x U dQ D ∆ Dimana : dQ = panas yang yang dibawa oleh steam, BTUjam = 3.445,4464 kJjam = 3.267,6614 BTUjam ∆ T = perbedaan temperatur fluida masuk dan keluar = T 1 = 293,16 F, T 2 = 210,6 F, ΔT = 82,56 U D = koefisien perpindahan panas, BTUjam. F.ft 2 Besar U D berada antara 50 – 150 BTUjam. F.ft 2 Perry, 1997 U D yang diambil adalah 150 BTUjam. F.ft 2 Sehingga, A = 56 , 82 150 3.267,6614 x = 0,2639 ft 2 Tinggi jaket steam = Tinggi tangki = 3,0137 ft Tekanan jaket steam, P desain = P operasi + 144 1 − Hc ρ Dimana : ρ = 68,2334 lbft 3 , tekanan operasi 14,696 psi P desain = 14,696 + 144 1 2,0105 2334 , 68 − = 15,1748 psi Tebal jaket pemanas, t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 15,1748 6 , 85 , 650 . 12 12 0039 , 2 15,1748 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0289 in + 0,125 in Universitas Sumatera Utara = 0,1539 in dipilih tebal dinding standar 0,25 inchi LC-8. Evaporator 01 Fungsi : untuk mengurangi kadar air H 2 O Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup dan alas berbentuk ellipsoidal. 2. Bahan Konstruksi : stainless steel 316 3. Volume : Tabel LC-7. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada V-01 Komponen M kgjam ρ kgliter V liter Sodium Stearat 498,7373 1,1033 452,0414 Asam Stearat 3,7247 0,8505 4,3794 NaOH 0,3156 2,1300 0,1482 NaCl 0,3787 2,1630 0,1751 H 2 O 85,7337 0,9686 88,5130 EDTA 0,6313 1,1400 0,7341 TiO 2 1,2626 3,9000 0,2985 Gliserin 56,8181 1,1130 45,0579 TOTAL 657,1279 591,3476 Sumber : Neraca Massa ρ campuran = V m = 3476 , 591 1278 , 657 = 1,1112 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 69,3696 lbft 3 Penguapan dalam evaporator dilakukan selama 15 menit, maka : Universitas Sumatera Utara t = 15 menit = 0,25 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 3476 , 591 literjam x 0,25 jam = 147,8369 liter = 0,1478 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk = 0,1478 1 + 0,2 = 0,1774 m 3 4. Diameter : Heat exchanger didesain berbentuk silinder tegak dengan alas dan tutup berbentuk ellipsoidal. Direncanakan perbandingan antara tinggi evaporator dan tinggi head dengan diameter heat exchanger : 4 1 , 2 3 = = D Hh D Hs Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tangki = Vs + 2xVh 0,1774 m 3 = 1,1775 D 3 + 2x0,1309 D 3 0,1774 m 3 = 1,4393 D 3 D 3 = 4393 , 1 0,1774 = 0,1233 m 3 Universitas Sumatera Utara D = 3 3 m 0,1233 = 0,4977 m = 0,4977 m x 3,2808 ftm = 1,6329 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 0,4977 = 0,7466 m Tinggi alas dan tutup, Hh =2x 4 1 x D =2x 4 1 x 0,4977 = 0,2489 m Tinggi total tangki = Hs + Hh = 0,7466 m + 0,2489 m = 0,9955 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 0,4977 14 , 3 0,1774 4 x x = 0,9123 m = 0,9123 m x 3,2808 ftm = 2,9931 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ = 144 1 9931 , 2 69,3696 696 , 14 − + = 14,696 + 0,9601 = 15,6561 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 15,6561 x 1,2 = 18,7873 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki stainless steel 316 Universitas Sumatera Utara Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 18,7873 6 , 85 , 650 . 12 12 1,6329 18,7873 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0343 in + 0,125 in = 0,1593 in dipilih tebal dinding standar 0,15 inchi Tube, Direncanakan pipa yang dipakai sebagai aliran steam adalah pipa dengan ukuran nominal 1¼ in schedule 40 dengan ketentuan sebagai berikut Kern, 1965 : • OD = 1,65 in = 0,1375 ft • ID = 1,380 in = 0,115 ft • Luas permukaan A = 0,435 ft 2 ft Luas permukaan perpindahan panas, A = T x U dQ D ∆ Dimana : dQ = panas yang yang dibawa oleh air pendingin, BTUjam = 39.093,6481 kJjam = 37.076,4159 BTUjam ∆ T = perbedaan temperatur fluida masuk dan keluar Universitas Sumatera Utara = T 1 = 293,76 F, T 2 = 237,6 F, ΔT = 56,16 U D = koefisien perpindahan panas, BTUjam. F.ft 2 Besar U D berada antara 50 – 150 BTUjam. F.ft 2 Perry, 1997 U D yang diambil adalah 100 BTUjam. F.ft 2 Sehingga, A = 16 , 56 100 9 37.076,415 x = 6,6019 ft 2 L = Aft Atot = 435 , 6,6019 = 15,1768 ft Diasumsikan 7 , = Dt Dc , maka Dc = 0,7 x 3,4109 ft = 2,3876 ft Panjang 1 lilitan = π x Dc = 3,14 x 2,3876 ft = 7,4971 ft Jumlah lilitan pipa = 7,4971 1768 , 15 = 2,024 lilitan Maka jumlah lilitan pipa yang dipakai adalah sebanyak 2 lilitan LC-9. Evaporator 02 Fungsi : untuk mengurangi kadar air H 2 O Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan tutup dan alas berbentuk ellipsoidal. 2. Bahan Konstruksi : stainless steel 316 Universitas Sumatera Utara 3. Volume : Tabel LC-8. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada V-02 Komponen M kgjam ρ kgliter V liter Sodium Stearat 498,7373 1,1033 452,0414 Asam Stearat 3,7247 0,8505 4,3794 NaOH 0,3156 2,1300 0,1482 NaCl 0,3787 2,1630 0,1751 H 2 O 77,1604 0,9686 79,6618 EDTA 0,6313 1,1400 0,7341 TiO 2 1,2626 3,9000 0,2985 Gliserin 56,8181 1,1130 45,0579 TOTAL 647,602 582,4964 Sumber : Neraca Massa ρ campuran = V m = 4964 , 582 602 , 647 = 1,1118 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 69,4071 lbft 3 Penguapan dalam evaporator dilakukan selama 15 menit, maka : t = 15 menit = 0,25 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, Vc = ρ m x t = 4964 , 582 literjam x 0,25 jam = 145,6241 liter = 0,1456 m 3 Kapasitas volume tangki, Vt = Vc 1 + fk Universitas Sumatera Utara = 0,1456 1 + 0,2 = 0,1747 m 3 4. Diameter : Heat exchanger didesain berbentuk silinder tegak dengan alas dan tutup berbentuk ellipsoidal. Direncanakan perbandingan antara tinggi evaporator dan tinggi head dengan diameter heat exchanger : 4 1 , 2 3 = = D Hh D Hs Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tangki = Vs + 2xVh 0,1747 m 3 = 1,1775 D 3 + 2x0,1309 D 3 0,1747 m 3 = 1,4393 D 3 D 3 = 4393 , 1 0,1747 = 0,1214 m 3 D = 3 3 m 0,1214 = 0,4951 m = 0,4951 m x 3,2808 ftm = 1,6245 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 0,4951 = 0,7427 m Tinggi alas dan tutup, Hh =2x 4 1 x D =2x 4 1 x 0,4951 = 0,2476 m Universitas Sumatera Utara Tinggi total tangki = Hs + Hh = 0,7427 m + 0,2476 m = 0,9903 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 0,4951 14 , 3 0,1747 4 x x = 0,9079 m = 0,9079 m x 3,2808 ftm = 2,9786 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ = 144 1 9786 , 2 69,4071 696 , 14 − + = 14,696 + 0,9537 = 15,6497 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 15,6497 x 1,2 = 18,7796 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki stainless steel 316 Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 18,7796 6 , 85 , 650 . 12 12 1,6245 18,7796 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,035 in + 0,125 in Universitas Sumatera Utara = 0,16 in dipilih tebal dinding standar 0,2 inchi Tube, Direncanakan pipa yang dipakai sebagai aliran steam adalah pipa dengan ukuran nominal 1¼ in schedule 40 dengan ketentuan sebagai berikut Kern, 1965 : • OD = 1,65 in = 0,1375 ft • ID = 1,380 in = 0,115 ft • Luas permukaan A = 0,435 ft 2 ft Luas permukaan perpindahan panas, A = T x U dQ D ∆ Dimana : dQ = panas yang yang dibawa oleh air pendingin, BTUjam = 29.394,7733 kJjam = 27.878,003 BTUjam ∆ T = perbedaan temperatur fluida masuk dan keluar = T 1 = 293,76 F, T 2 = 237,6 F, ΔT = 56,16 U D = koefisien perpindahan panas, BTUjam. F.ft 2 Besar U D berada antara 50 – 150 BTUjam. F.ft 2 Perry, 1997 U D yang diambil adalah 100 BTUjam. F.ft 2 Sehingga, A = 16 , 56 100 27.878,003 x = 4,9640 ft 2 L = Aft Atot = 435 , 4,9640 = 11,4116 ft Diasumsikan 7 , = Dt Dc , maka Universitas Sumatera Utara Dc = 0,7 x 3,4109 ft = 2,3876 ft Panjang 1 lilitan = π x Dc = 3,14 x 2,3876 ft = 7,4971 ft Jumlah lilitan pipa = 7,4971 11,4116 = 1,5221 lilitan Maka jumlah lilitan pipa yang dipakai adalah sebanyak 2 lilitan LC-10. Vacuum Spray Chamber Fungsi : untuk mengurangi kadar H 2 O Jumlah : 1 Buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan alas berbentuk kerucut dan tutup berbentuk ellipsoidal. 2. Bahan Konstruksi : stainless steel 316 3. Volume : Tabel LC-5. Komponen Bahan Yang Terdapat Pada VSC Komponen M kgjam ρ kgliter V liter Sodium Stearat 498,7373 1,1033 452,0414 Asam Stearat 3,7247 0,8505 4,3794 NaOH 0,3156 2,1300 0,1482 NaCl 0,3787 2,1630 0,1751 H 2 O 69,4444 0,9686 71,6956 EDTA 0,6313 1,1400 0,7341 TiO 2 1,2626 3,9000 0,2985 Gliserin 56,8181 1,1130 45,0579 Universitas Sumatera Utara TOTAL 639,0287 574,5302 Sumber : Neraca Massa ρ campuran = V m = 5302 , 574 0287 , 639 = 1,1123 kgliter x 2,2046 lbkg x 28,317 literft 3 = 69,4383 lbft 3 Penguapan dalam vacuum spary chamber dilakukan selama 15 menit maka : t = 15 menit = 0,25 jam Faktor keamanan, fk = 20 = 0,2 Volume bahan masuk, = 5302 , 574 literjam x 0,25 jam = 143,6326 liter = 0,1436 m 3 Kapasitas volume VSC, Vt = Vt 1 + fk = 0,1436 1 + 0,2 = 0,1723 m 3 4. Diameter : Tangki didesain berbentuk silinder tegak dengan tutup berbentuk ellipsoidal dan alas berbentuk kerucut. Direncanakan perbandingan antara tinggi tangki dan tinggi head dengan diameter tangki : 2 3 = D Hs , 4 1 = D Hh , D = Ha Volume silinder, Vs = 1,1775 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tutup tangki : Vh = 0,1309 D 3 Perhitungan sebelumnya Universitas Sumatera Utara Volume alas, Va = 0,2617 D 3 Perhitungan sebelumnya Volume tangki = Vs + Vh + Va 0,1723 m 3 = 1,1775 D 3 + 2x0,1309 D 3 0,1723 m 3 = 1,4393 D 3 D 3 = 4393 , 1 0,1723 = 0,1197 m 3 D = 3 3 m 0,1197 = 0,4929 m = 0,4929 m x 3,2808 ftm = 1,6171 ft 5. Tinggi : Tinggi tangki, Hs = 2 3 x D = 2 3 x 0,4929 = 0,7394 m Tinggi alas dan tutup, Hh =2x 4 1 x D =2x 4 1 x 0,4929 = 0,2465 m Tinggi total tangki = Hs + Hh = 0,7394 m + 0,2465 m = 0,9859 m Tinggi cairan dalam tangki, Hc = 2 4 xD xVc π = 2 0,4929 14 , 3 0,1723 4 x x = 0,9034 m = 0,9034 m x 3,2808 ftm = 2,9639 ft 6. Tekanan : Tekanan Operasi, P operasi = 1 atm = 14,696 Psi Tekanan desain, Universitas Sumatera Utara P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ = 144 1 9636 , 2 69,4383 696 , 14 − + = 14,696 + 0,9469 = 15,6429 psi Faktor keamanan 20, maka Tekanan desain alat = 15,6429 x 1,2 = 18,7715 psi 7. Tebal Dinding : Bahan konstruksi tangki stainless steel 316 Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 0,85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Tebal plat minimum : t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 18,7715 6 , 85 , 650 . 12 12 6171 , 1 18,7715 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0339 in + 0,125 in = 0,1589 in dipilih tebal dinding standar 0,20 inchi Jaket pendingin, Kebutuhan air pendingin = 730,4922 kgjam Neraca Panas Vp = 998 730,4922 = 0,7319 m 3 jam Diameter luar VSC = diameter dalam + 2x tebal dinding = 1,6171 x 12 in + 2 x 0,15 in = 19,7052 in Universitas Sumatera Utara Asumsi jarak jaket = 5 in Diameter dalam jaket = 19,7052 in + 2 x 5 in = 29,7052 in Luas permukaan perpindahan panas, A = T x U dQ D ∆ Dimana : dQ = panas yang yang dibawa oleh air pendingin, BTUjam = -73.495,5623 kJjam = -69.703,1913 BTUjam ∆ T = perbedaan temperatur fluida masuk dan keluar = T 1 = 102,6 F, T 2 = 129,6 F, ΔT = -27 U D = koefisien perpindahan panas, BTUjam. F.ft 2 Besar U D berada antara 50 – 150 BTUjam. F.ft 2 Perry, 1997 U D yang diambil adalah 100 BTUjam. F.ft 2 Sehingga, A = 27 100 3 69.703,191 - − x = 25,816 ft 2 Luas selimut kerucut, d = 13 H S = 0,785 x D+d x 2 2 4 d D H − + = 0,758 x 1,6171 + 0,988 x 2 2 988 , 1,6171 2,9639 4 − + x = 0,758 x 1,6171 + 0,988 x 5,9605 = 11,7699 ft 2 Tinggi jaket pendingin = Tinggi tangki Tekanan jaket pendingin, Universitas Sumatera Utara P desain = 144 1 − + Hc P operasi ρ Dimana : ρ = 69,4383 lbft 3 , suhu = 30 C dan tekanan operasi 14,696 psi P desain = 14,696 + 144 1 2,9636 69,4383 − = 15,6429 psi Tebal jaket pendingin, t = 6 , 85 , 650 . 12 12 Cxn xP x PxDx + − t = 15,6429 6 , 85 , 650 . 12 12 6171 , 1 15,6429 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0283 in + 0,125 in = 0,1533 in dipilih tebal dinding standar 0,20 inchi Ejektor, P ob = tekanan operasi dalam tangki = 0,5 bar P oa = tekanan steam yang masuk ke ejektor = 16 bar P 03 = tekanan yang keluar dari ejektor = 1 atm = 1,01325 bar Pob P 03 = 5 , 01325 , 1 = 2,0265 , = = 16 5 , Poa Pob 0,03125 Dari figure 10-102 Perrys 1997 diperoleh : 50 1 2 = A A , 15 = wa wb wb = jumlah uap air yang dikeluarkan = 6,9444 kgjam Neraca Panas Sehingga jumlah steam yang diperlukan adalah : wa = 8 , 3 wb = 15 6,9444 = 0,4629 kgjam = 462,9600 grjam Universitas Sumatera Utara Gambar LC-1. Ejektor dan bagian-bagiannya LC-11. Plodder dan Chiller 1. Fungsi : untuk memadatkan sabun dan pembentukan noodle soap 2. Jumlah : 1 Buah 3. Spesifikasi : Tabel LC-10. Spesifikasi Plodder Worm Dia. mm Single-Worm Capacities Kgs.hr. Motor Sizes HP Twin-Worm Capacities Kgs.hr. Motor Sizes HP 125 100-325 10-15 150-500 10-15 200 225-450 10-15 450-950 10-20 250 450-650 15-20 900-1500 15-25 300 650-2000 20-40 1500-3500 30-50 350 2000-3000 30-40 3500-6000 50-75 Sumber : http:www.sigmaus.comploddersplodder_sizes.html, 2009 Dari Tabel LC-8, spesifikasi yang digunakan dalam perancangan ini kapasitas produksi 3.500 – 6.000 adalah sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara • Diameter lubang 350 mm • Daya motor 50-75 hp Gambar LC-2. Plodder pilot plan Tabel LC-11. Spesifikasi Chiller Model RS-25LT RS-33LT RS-44LT Heat Removal at - 40 o c wattsbtu 50170 60205 105355 Size inches WxDxH 33 x 54 x 44 33 x 54 x 49 33 x 54 x 49 Weight lbskgs 7534 8036 9041 Electrical Requirements 120v1ø60hz 8amp 120v1ø60hz 8amp 208-230v1ø60hz 7amp Sumber : http:www.sigmaus.comploddersplodder_sizes.html, 2009 Dari Tabel LC-9, chiller yang digunakan dalam perancangan ini adalah chiller type RS-44LT dengan spesifikasi sebagai berikut : • Dimensi 33 x 54 x 49 inci • Daya 230 V 7 Amp Universitas Sumatera Utara Gambar LC-3. Chiller pilot plan LC-12. Pompa -01 Fungsi : Memompa asam palmitat ke tangki asam palmitat Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 60 C Laju alir massa F = 631,3131 kgjam = 0,3866 lbms Densitas ρ = 850,5 kgm 3 = 53,096 lbmft 3 Viskositas µ = 9,0 cP = 6,0.10 -3 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 53,096 lbms 0,3866 = 0,007281ft 3 s = 0,000206 m 3 s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen Nre 2.100, Universitas Sumatera Utara D i,opt = 0,363 × Q 0,45 × ρ 0,13 Peters,2004 dengan : D i,opt = diameter optimum m ρ = densitas kgm 3 Q = laju volumetrik m 3 s Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di ,opt = 0,363 Q 0,45 ρ 0,13 = 0,363 0,000206 m 3 s 0,45 850,5 kgm 3 0,13 = 0,0017 m = 0,0664 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 18 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 0,269 in = 0,022417 ft = 0,006833 m Diameter Luar OD : 0,405 in = 0,03375 ft Inside sectional area : 0,0004 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,0004 s ft 0,007281 = 18,2032 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 6,0.10 ft 0,022417 fts 2032 , 18 lbmft 09 , 3 5 3 - 3 = 3.582,53 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10 -5 Geankoplis,2003 Pada N Re = 3.582,53 dan εD = 0,0067, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 0,012 Geankoplis,2003 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,5 c g v A A . 2 1 2 1 2 α     − = 0,5 174 , 32 1 2 18,2032 1 2 − = 2,5747 ft.lbflbm Universitas Sumatera Utara 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 30,75 174 , 32 2 18,2032 2 = 11,5862 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 18,2032 2 = 10,2988 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,18 174 , 32 . 2 . 22417 , 18,2032 . 60 2 = 661,5777 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 2 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 18,2032 1 2 2 − = 5,1494 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 691,1870 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 ≈ P 2 = 101,325 kPa ρ P ∆ = 0 ft.lb f lb m ∆Z = 90 ft Maka : Ws ft.lbflbm 691,1870 ft.lbflbm ft 90 s . lbf lbm . ft 174 , 32 fts 174 , 32 2 2 = + + + + Ws = 781,1870 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = η x Wp 781,1870 = 0,8 x Wp Wp = 976,4837 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp Universitas Sumatera Utara = ft.lbflbm 4837 , 976 lbms 3866 , × x s lbf ft hp . 550 1 = 0,686396 hp Jadi digunakan pompa dengan daya 1 hp LC-13. Pompa -02 Fungsi : Memompa asam palmitat ke mixing 1 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 60 C Laju alir massa F = 502,462 kgjam = 0,3077 lbms Densitas ρ = 850,5 kgm 3 = 53,096 lbmft 3 Viskositas µ = 9,0 cP = 6,0.10 -3 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 53,096 lbms 0,3077 = 0,005795 ft 3 s = 0,000164 m 3 s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran laminar Nre 2.100, D i,opt = 0,363 × Q 0,45 × ρ 0,13 Peters,2004 dengan : D i,opt = diameter optimum m ρ = densitas kgm 3 Q = laju volumetrik m 3 s Asumsi aliran laminar, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di ,opt = 0,363 Q 0,45 ρ 0,13 = 0,363 0,000164 m 3 s 0,45 850,5 kgm 3 0,13 = 0,01748 m = 0,6885 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 34 in Universitas Sumatera Utara Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 0,824 in = 0,06866 ft = 0,02 m Diameter Luar OD : 1,05 in Inside sectional area : 0,00371 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,00371 s ft 0,005795 = 1,562 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 6,0.10 ft 0,0686 fts 1,562 lbmft 09 , 3 5 3 - 3 = 941,69 laminar Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10 -5 Geankoplis,2003 Pada N Re = 941,69 maka harga f = 16 941,69 = 0,0169 Geankoplis,2003 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,5 c g v A A . 2 1 2 1 2 α     − = 0,5 174 , 32 1 2 1,562 1 2 − = 0,018959 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 30,75 174 , 32 2 1,562 2 = 0,0568 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 1,562 2 = 0,0758 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,18 174 , 32 . 2 . 0686 , 1,562 . 60 2 = 2,2517 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 2 2 2 2 1 α     − Universitas Sumatera Utara = 174 , 32 1 2 1,562 1 2 2 − = 0,0379 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 2,4413 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 ≈ P 2 = 101,325 kPa ρ P ∆ = 0 ft.lb f lb m ∆Z = 90 ft Maka : Ws ft.lbflbm 2,4413 ft.lbflbm ft 90 s . lbf lbm . ft 174 , 32 fts 174 , 32 2 2 = + + + + Ws = 92,4413 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = η x Wp = η x Wp 92,4413 = 0,8 x Wp Wp = 115,5517 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp = ft.lbflbm 115,5517 lbms 3077 , × x s lbf ft hp . 550 1 = 0,0646 hp Jadi digunakan pompa dengan daya 0,25 hp LC-14. Pompa -03 Fungsi : Memompa larutan NaOH ke mixing 1 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Universitas Sumatera Utara P = 1 atm T = 30 C Laju alir massa F = 0,4508 kgjam = 0,000276 lbms Densitas ρ = 0,1135 kgm 3 = 0,007 lbmft 3 Viskositas µ = 43 cP = 2,8.10 -3 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 0,1135 lbms 0,000276 = 0,0389 ft 3 s = 0,0011 m 3 s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran laminar Nre 2.100, D i,opt = 0,363 × Q 0,45 × ρ 0,13 Peters,2004 dengan : D i,opt = diameter optimum m ρ = densitas kgm 3 Q = laju volumetrik m 3 s Asumsi aliran laminar, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di ,opt = 0,363 Q 0,45 ρ 0,13 = 0,363 0,0011 m 3 s 0,45 0,1135 kgm 3 0,13 = 0,01277 m = 0,5 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 12 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 0,622 in = 0,05183 ft = 0,015 m Diameter Luar OD : 0,84 in Inside sectional area : 0,00211 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,00211 s ft 0,0389 = 18,4647 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 2,8.10 ft 0,0518 fts 18,4647 lbmft 0070 , 3 - 3 = 0,23 laminar Universitas Sumatera Utara Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10 -5 Geankoplis,2003 Pada N Re = 0,23 maka harga f = 16 0,23 = 68,1713 Geankoplis,2003 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,5 c g v A A . 2 1 2 1 2 α     − = 0,5 174 , 32 1 2 18,4647 1 2 − = 2,6492 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 30,75 174 , 32 2 18,4647 2 = 7,9476 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 18,4647 2 = 10,5969 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 476,3139 174 , 32 . 2 . 051833 , 18,4647 . 60 2 =1672451,888ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 2 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 18,4647 1 2 2 − = 5,2984 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F =1.672.478,38 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 ≈ P 2 = 101,325 kPa ρ P ∆ = 0 ft.lb f lb m ∆Z = 90 ft Universitas Sumatera Utara Maka : Ws ft.lbflbm 38 1.672.478, ft.lbflbm ft 90 s . lbf lbm . ft 174 , 32 fts 174 , 32 2 2 = + + + + Ws = 1.672.568,38 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = η x Wp = η x Wp 1.672.568,38 = 0,8 x Wp Wp = 2.090.710,184 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp = ft.lbflbm 184 2.090.710, lbms 000276 , × x s lbf ft hp . 550 1 = 1,0494 hp Jadi digunakan pompa dengan daya 1,5 hp LC-15. Pompa -04 Fungsi : Memompa larutan NaCl ke mixing 1 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 C Laju alir massa F = 95,5031 kgjam = 0,0584 lbms Densitas ρ = 0,9693 kgm 3 = 0,060 lbmft 3 Viskositas µ = 0,013 cP = 8,74.10 -6 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 0,9693 lbms 0,0584 = 0,9665 ft 3 s = 0,0274 m 3 s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Universitas Sumatera Utara Untuk aliran turbulen Nre 2.100, D i,opt = 0,363 × Q 0,45 × ρ 0,13 Peters,2004 dengan : D i,opt = diameter optimum m ρ = densitas kgm 3 Q = laju volumetrik m 3 s Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di ,opt = 0,363 Q 0,45 ρ 0,13 = 0,363 0,0274 m 3 s 0,45 0,9693 kgm 3 0,13 = 0,0716 m = 2,8189 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 3 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 3,068 in = 0,2557 ft = 0,0779 m Diameter Luar OD : 3,5 in Inside sectional area : 0,0513 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,0513 s ft 0,9665 = 18,8399 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 8,74.10 ft 0,2557 fts 18,8399 lbmft 060 , 6 - 3 = 33.366,21 turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10 -5 Geankoplis,2003 Pada N Re = 33.366,21dan εD = 0,00059, dari gambar 2.10-3 maka harga f = 0,006 Geankoplis,2003 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,5 c g v A A . 2 1 2 1 2 α     − = 0,5 174 , 32 1 2 18,8399 1 2 − = 2,7579 ft.lbflbm Universitas Sumatera Utara 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 30,75 174 , 32 2 18,8399 2 = 16,5479 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 18,8399 2 = 11,0319 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,0059 174 , 32 . 2 . 20575 , 18,8399 . 60 2 = 31,0678 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 2 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 18,8399 1 2 2 − = 5,5159 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 66,9216 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 ≈ P 2 = 101,325 kPa ρ P ∆ = 0 ft.lb f lb m ∆Z = 90 ft Maka : Ws ft.lbflbm 66,9216 ft.lbflbm ft 90 s . lbf lbm . ft 174 , 32 fts 174 , 32 2 2 = + + + + Ws = 156,9216 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = η x Wp 156,9216 = 0,8 x Wp Wp = 196,1521 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp Universitas Sumatera Utara = ft.lbflbm 196,1521 lbms 0584 , × x s lbf ft hp . 550 1 = 0,0208 hp Jadi digunakan pompa dengan daya 0,05 hp LC-16. Pompa -05 Fungsi : Memompa larutan aditif ke mixing 2 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 C Laju alir massa F = 58,712 kgjam = 0,0359 lbms Densitas ρ = 1,2738 kgm 3 = 0,0795 lbmft 3 Viskositas µ = 100 cP = 0,06719 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 1,2738 lbms 0,0359 = 0,4521ft 3 s = 0,0128 m 3 s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran laminar Nre 2.100, D i,opt = 0,363 × Q 0,45 × ρ 0,13 Peters,2004 dengan : D i,opt = diameter optimum m ρ = densitas kgm 3 Q = laju volumetrik m 3 s Asumsi aliran laminar, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di ,opt = 0,363 Q 0,45 ρ 0,13 = 0,363 0,0128 m 3 s 0,45 1,2738 kgm 3 0,13 = 0,0527 m = 2 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 2 in Universitas Sumatera Utara Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 2,067 in = 0,17225 ft = 0,0525 m Diameter Luar OD : 2,375 in Inside sectional area : 0,0233 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,0233 s ft 0,4521 = 19,4047 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 0,067197 ft 0,17225 fts 19,4047 lbmft 79523 , 3 = 3,96 laminar Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 4,6.10 -5 Geankoplis,2003 Pada N Re = 3,96 maka harga f = 16 N RE Geankoplis,2003 = 4,0449 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,5 c g v A A . 2 1 2 1 2 α     − = 0,5 174 , 32 1 2 19,4047 1 2 − = 2,9258 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 30,75 174 , 32 2 19,4047 2 = 17,5549 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 19,4047 2 = 11,7033 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 44,4943 174 , 32 . 2 . 17225 , 19,4047 . 60 2 = 32.979,4743 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 2 2 2 2 1 α     − Universitas Sumatera Utara = 174 , 32 1 2 19,4047 1 2 2 − = 5,8516 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 33.017,51 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 ≈ P 2 = 101,325 kPa ρ P ∆ = 0 ft.lb f lb m ∆Z = 90 ft Maka : Ws ft.lbflbm 33.017,51 ft.lbflbm ft 90 s . lbf lbm . ft 174 , 32 fts 174 , 32 2 2 = + + + + Ws = 33.107,51 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = η x Wp 33.107,51 = 0,8 x Wp Wp = 41384,9581 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp = ft.lbflbm 41384,9581 lbms 0359 , × x s lbf ft hp . 550 1 = 2,7053 hp Jadi digunakan pompa dengan daya 3 hp LC.17 Pompa 6 Fungsi : Memompa net soap dari mixer 1 ke mixer 2 Jenis : Screw pump Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Universitas Sumatera Utara Tekanan = 1 atm Temperatur = 85 o C Laju alir massa F = 598,4159 kghari = 0,3665 lbmsec Densitas ρ = 1,0775 kgm 3 = 0,0672 lbmft 3 Viskositas µ = 4,6 cP = 0,00309 lbmft.s Laju alir volumetrik, = = = 3 m m ft lb 0,06726 sec lb 0,3665 ρ F Q 5,4478 ft 3 sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Walas ,1988 = 3,9 5,4478 0,45 0,0672 0,13 = 5,8882 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 6 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 6,065 in = 0,505 ft Diameter Luar OD : 6,625 in = 0,552 ft Inside sectional area : 0,2006 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 0,2006 5,4478 ft s ft = 27,1576 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 0,0030 5054 0, 27,1576 06726 , 3 ft s ft ft lbm = 298,70 laminar Untuk Harga Nre 2.100 laminar, maka diperoleh harga : f = 16 N RE = 0,0535 Friction loss : Universitas Sumatera Utara 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 α 2 1 2 1 2 v A A     − = 0,55 174 , 32 1 2 27,1576 1 2 − = 5,7308 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,75 174 , 32 1 2 27,1576 2 = 25,7887 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 1 2 27,1576 2 = 22,9233 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,05951 174 , 32 . 2 . 0,5054 27,1576 . 60 2 = 291,5346 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 27,1576 1 2 − = 11,4616 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 357,4392 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 = P 2 ∆Z = 12 ft Maka : Universitas Sumatera Utara . 357,4392 90 . . 174 , 32 174 , 32 2 2 = + + + + s W lbm lbf ft ft s lbf lbm ft s ft Ws = 447,4392 ft.lbflbm P Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η x Wp 447,4392 = 0,80 x Wp Wp = 559,2991 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp . 550 1 x ft.lbflbm 559,2991 lbms 0,3665 × = 0,3726 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp LC-18 Pompa 7 Fungsi : Memompa net soap dari mixer 2 ke evaporator 1 Jenis : Screw pump Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 85 o C Laju alir massa F = 657,1279 kghari = 0,4024 lbmsec Densitas ρ = 1,093 kgm 3 = 0,0682 lbmft 3 Viskositas µ = 4,6 cP = 0,00309 lbmft.s Laju alir volumetrik, = = = 3 m m ft lb 0,0682 sec lb 0,4024 ρ F Q 5,8975 ft 3 sec Desain pompa : Asumsi aliran turbulen Universitas Sumatera Utara Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Walas ,1988 = 3,9 5,8975 0,45 0,0682 0,13 = 6,1134 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 8 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 7,981 in = 0,6551 ft Diameter Luar OD : 8,625 in = 0,7187 ft Inside sectional area : 0,3474 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 0,3474 5,8975 ft s ft = 16,9761 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 0,0030 6551 0, 16,9761 0682 , 3 ft s ft ft lbm = 249,24 laminar Untuk Harga Nre 2.100 laminar, maka diperoleh harga : f = 16 N RE = 0,0642 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 α 2 1 2 1 2 v A A     − = 0,55 174 , 32 1 2 16,9761 1 2 − = 2,2393 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,75 174 , 32 1 2 16,9761 2 = 10,0767 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 1 2 16,9761 2 Universitas Sumatera Utara = 8,9572 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,05419 174 , 32 . 2 . 0,5054 16,9761 . 60 2 = 103,7479 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 16,9761 1 2 − = 4,4786 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 129,4996 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 = P 2 ∆Z = 90 ft Maka : . 129,4996 90 . . 174 , 32 174 , 32 2 2 = + + + + s W lbm lbf ft ft s lbf lbm ft s ft Ws = 219,4996 ft.lbflbm P Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η x Wp 219,4996 = 0,80 x Wp Wp = 274,3745 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp Universitas Sumatera Utara = s lbf ft hp . 550 1 x ft.lbflbm 274,3745 lbms 0,4024 × = 0,2007 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 Hp LC-19 Pompa 8 Fungsi : Memompa net soap dari evaporator 1 ke evaporator 2 Jenis : Screw pump Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 100 o C Laju alir massa F = 657,1279 kghari = 0,4024 lbmsec Densitas ρ = 1,0907 kgm 3 = 0,0680 lbmft 3 Viskositas µ = 4,6 cP = 0,00309 lbmft.s Laju alir volumetrik, = = = 3 m m ft lb 0,0680 sec lb 0,4024 ρ F Q 5,9099 ft 3 sec Desain pompa : Aliran laminar Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Walas ,1988 = 3,9 5,9099 0,45 0,0680 0,13 = 6,1176 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 8 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 7,981 in = 0,6651 ft Diameter Luar OD : 8,625 in = 0,7187 ft Inside sectional area : 0,3474 ft 2 Universitas Sumatera Utara Kecepatan linear, v = QA = 2 3 0,3474 5,9099 ft s ft = 17,0118 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 0,0030 5651 0, 17,0118 0680 , 3 ft s ft ft lbm = 249,24 laminar Untuk Harga Nre 2.100 laminar, maka diperoleh harga : f = 16 N RE = 0,0642 Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 α 2 1 2 1 2 v A A     − = 0,55 174 , 32 1 2 17,0118 1 2 − = 2,2487 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,75 174 , 32 1 2 17,0118 2 = 10,1193 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 1 2 17,0118 2 = 8,9949 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,059517 174 , 32 . 2 . 0,5054 17,0118 . 60 2 = 104,1859 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α     − Universitas Sumatera Utara = 174 , 32 1 2 17,0118 1 2 − = 4,4975 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 130,0463 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 = P 2 ∆Z = 90 ft Maka : . 130,0463 90 . . 174 , 32 174 , 32 2 2 = + + + + s W lbm lbf ft ft s lbf lbm ft s ft Ws = 220,0463 ft.lbflbm P Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η x Wp 220,0463 = 0,80 x Wp Wp = 275,0579 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp . 550 1 x ft.lbflbm 275,0579 lbms 0,4024 × = 0,2012 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 Hp LC-20 Pompa 9 Fungsi : Memompa net soap dari evaporator 2 ke VSC Jenis : Screw pump Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit Universitas Sumatera Utara Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm Temperatur = 110 o C Laju alir massa F = 647,602 kghari = 0,3966 lbmsec Densitas ρ = 1,0907 kgm 3 = 0,0680 lbmft 3 Viskositas µ = 4,6 cP = 0,00309 lbmft.s Laju alir volumetrik, = = = 3 m m ft lb 0,0680 sec lb 0,3966 ρ F Q 5,8242 ft 3 sec Desain pompa : Aliran laminar Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Walas ,1988 = 3,9 5,8242 0,45 0,0680 0,13 = 6,0775 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis 1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 8 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 7,981 in = 0,6651 ft Diameter Luar OD : 8,625 in = 0,7187 ft Inside sectional area : 0,3474 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 0,3474 5,8242 ft s ft = 16,7652 fts Bilangan Reynold : N Re = µ ρ D v × × = lbmft.s 0,0030 6651 0, 16,7652 0680 , 3 ft s ft ft lbm = 245,63 laminar Untuk Harga Nre 2.100 laminar, maka diperoleh harga : f = 16 N RE = 0,0651 Universitas Sumatera Utara Friction loss : 1 Sharp edge entrance= h c = 0,55 α 2 1 2 1 2 v A A     − = 0,55 174 , 32 1 2 16,7652 1 2 − = 2,1840 ft.lbflbm 3 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,75 174 , 32 1 2 16,7652 2 = 9,8280 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 1 2 16,7652 2 = 8,7360 ft.lbflbm Pipa lurus 60 ft = F f = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 40,05573 174 , 32 . 2 . 0,5054 16,7652 . 60 2 = 102,6756 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 16,7652 1 2 − = 4,3680 ft.lbflbm Total friction loss : ∑ F = 127,7917 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : 2 1 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − s W F P P z z g v v ρ α Geankoplis,1997 dimana : v 1 = v 2 P 1 = P 2 ∆Z = 90 ft Maka : Universitas Sumatera Utara . 127,7917 90 . . 174 , 32 174 , 32 2 2 = + + + + s W lbm lbf ft ft s lbf lbm ft s ft Ws = 217,7917 ft.lbflbm P Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η x Wp 217,7917 = 0,80 x Wp Wp = 272,2396 ft.lbflbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp . 550 1 x ft.lbflbm 272,2396 lbms 0,3966 × = 0,1963 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,25 Hp Universitas Sumatera Utara LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS LD-1. Tangki Pelarutan Al 2 SO 4 3 Fungsi : tempat melarutkan alum, Al 2 SO 4 3 Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B • Jumlah air yang diolah : 56.461,7265 kghari = 124.474,7057 lbhari Jumlah alum yang dibutuhkan, = 3,2748 kghari Lama penampungan untuk persediaan = 30 hari Banyak alum yang dilarutkan, = 3,2748 kghari x 30 hari = 98,244 kg Alum yang digunakan kadarnya 30 berat, dengan sifat-sifat, • Densitas = 1.194,5 kgm 3 = 74,57 lbft 3 pada suhu 27 C, tekanan 1 atm Perry, 1997 • Viskositas = 6,72 x 10 -4 lbft.detik Kirk Othmer, 1967 3. Volume Tangki Tangki yang dipakai adalah silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk datar. Volume larutan V 2 , Universitas Sumatera Utara = 5 , 194 . 1 3 , 98,244 x = 0,2742 m 3 Faktor keamanan diambil 10 , Vt = 0,2742 m 3 x 1,1 = 0,3016 m 3 Dimana, Tinggi tangki : diameter tangki H : D = 3 : 2 Maka, Vt = 4 π x D 2 x H 0,3016 = 4 π x D 2 x       D 2 3 0,3016 = 1,1775 D 3 D = 3 1775 , 1 0,3016 = 0,6351 m = 2,0836 ft H = 2 3 x 0,6351 m = 0,9527 m = 3,1255 ft 4. Tekanan Tekanan Operasi, P operasi = 14,696 psi Tekanan desain, P desain = 14,696 + 144 1 1255 , 3 57 , 74 − = 15,7967 psi Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun Universitas Sumatera Utara 5. Tebal dinding tangki : t = 6 , Cxn P fxE PxD + − Brownell,1959 t = 15,7967 6 , 85 , 650 . 12 12 2,0836 15,7967 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0368 in + 0,125 in = 0,1618 in dipilih tebal dinding standar 0,2 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : propeler berdaun tiga Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 0,22 x Dt = 0,22 x 2,0836 ft = 0,4584 ft • Jarak propeler dari dasar tangki, E = Da = 0,4584 ft • Kecepatan putaran: 90 rpm → 60 90 = 1,5 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam tangki : Densitas, ρ = 74,57 lbft 3 Viscositas, μ = 6,72 x 10 -4 lbft.s Kirk Othmer, 1967 Bilangan Reynold, N Re = µ ρ xNx Da 2 = 4 2 10 72 , 6 4,57 7 x x1,5 0,4584 − x = 34.976,4193 Dari gambar 9.14 Mc. Cabe, 1999 diperoleh nilai Np = 0,3 Universitas Sumatera Utara Maka daya pengadukan, P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 57 , 74 5 , 1 3 , 0,4584 3 5 x x x x = 0,000095 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 80 , 0,000095 = 0,00012 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp LD-2. Tangki Pelarutan Na 2 CO 3 Fungsi : tempat melarutkan Na 2 CO 3 Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B • Jumlah air yang diolah : 56.461,7265 kghari = 124.474,7057 lbhari Jumlah Na 2 CO 3 yang dibutuhkan, = 1,7356 kghari Lama penampungan untuk persediaan = 30 hari Banyak Na 2 CO 3 yang dilarutkan, = 1,7356 kghari x 30 hari = 52,068 kg • Densitas = 1.360,94 kgm 3 = 84,96 lbft 3 pada suhu 27 C, tekanan 1 atm Perry, 1997 • Viskositas = 3,02 x 10 -4 lbft.detik Kirk Othmer, 1967 Universitas Sumatera Utara 3. Volume Tangki Tangki yang dipakai adalah silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk datar. Volume larutan V 2 , = 94 , 360 . 1 3 , 52,068 x = 0,1275 m 3 Faktor keamanan diambil 10 , Vt = 0,1275 m 3 x 1,1 = 0,1403 m 3 Dimana, Tinggi tangki : diameter tangki H : D = 3 : 2 Maka, Vt = 4 π x D 2 x H 0,1403 = 4 π x D 2 x       D 2 3 0,1403 = 1,1775 D 3 D = 3 1775 , 1 0,1403 = 0,4921 m = 1,6144 ft H = 2 3 x 0,4921 m = 0,7382 m = 2,4219 ft 4. Tekanan Tekanan Operasi, P operasi = 14,696 psi Tekanan desain, P desain = 14,696 + 144 1 2,4219 96 , 84 − = 15,5349 psi Universitas Sumatera Utara Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.650 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun 5. Tebal dinding tangki : t = 6 , Cxn P fxE PxD + − Brownell,1959 t = 15,5349 6 , 85 , 650 . 12 12 1,6144 15,5349 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0280 in + 0,125 in = 0,1530 in dipilih tebal dinding standar 0,2 inchi Pengaduk agitator, Fungsi : untuk menghomogenkan campuran Tipe : propeler berdaun tiga Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : • Diameter pengaduk, Da = 0,22 x Dt = 0,22 x 1,6144 ft = 0,3552 ft • Jarak propeler dari dasar tangki, E = Da = 0,3552 ft • Kecepatan putaran: 90 rpm → 60 90 = 1,5 rps Daya Pengaduk, Sifat-sifat bahan campuran dalam tangki : Densitas, ρ = 84,96 lbft 3 Viscositas, μ = 3,02 x 10 -4 lbft.s Kirk Othmer, 1967 Universitas Sumatera Utara Bilangan Reynold, N Re = µ ρ xNx Da 2 = 4 2 10 02 , 3 4,96 8 x x1,5 0,3552 − x = 53.240,8198 Dari gambar 9.14 Mc. Cabe, 1999 diperoleh nilai Np = 0,3 Maka daya pengadukan, P = 550 17 , 32 3 5 x x xNpxN Da ρ = 550 17 , 32 96 , 84 5 , 1 3 , 0,3552 3 5 x x x x = 0,000027 hp Daya motor, diasumsikan efisiensi motor 80 P motor = η P = 80 , 0,000032 = 0,000034 hp Untuk desain dipilih motor dengan daya 0,25 hp LD-3. Tangki Pelarutan Kaporit Fungsi : tempat menyimpan kaporit Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B • Jumlah air yang diolah : 33.004,08 kghari = 72.760,3175 lbhari Jumlah kaporit yang dibutuhkan, = 0,220 kghari Lama penampungan untuk persediaan = 30 hari Universitas Sumatera Utara Banyak kaporit yang dilarutkan, = 0,220 kghari x 30 hari = 6,6 kg • Densitas = 1.560 kgm 3 = 97,39 lbft 3 pada suhu 27 C, tekanan 1 atm Perry, 1997 Kaporit dilarutkan dengan konsentrasi 30 berat 3. Volume Tangki Tangki yang dipakai adalah silinder tegak dengan tutup atas dan bawah berbentuk datar. Volume larutan V 2 , = 560 . 1 3 , 6 , 6 x = 0,0141 m 3 Faktor keamanan diambil 20 , Vt = 0,0141 m 3 x 1,2 = 0,0169 m 3 Dimana, Tinggi tangki : diameter tangki H : D = 3 : 2 Maka, Vt = 4 π x D 2 x H 0,0169 = 4 π x D 2 x       D 2 3 0,0169 = 1,1775 D 3 D = 3 1775 , 1 0,0169 = 0,2431 m = 0,7977 ft H = 2 3 x 0,2431 m = 0,3646 m = 1,1963 ft 4. Tekanan Universitas Sumatera Utara Tekanan Operasi, P operasi = 14,696 psi Tekanan desain, P desain = 14,696 + 144 1 1963 , 1 39 , 97 − = 14,8288 psi Bahan konstruksi tangki carbon steel grade B Maksimum allowed stress, f = 12.750 psi Brownell,1959 Effisiensi sambungan, E = 85 Brownell,1959 Faktor korosi, C = 0,0125 intahun Umur alat, n = 10 tahun 5. Tebal dinding tangki : t = 6 , Cxn P fxE PxD + − Brownell,1959 t = 8288 , 14 6 , 85 , 650 . 12 12 7977 , 8288 , 14 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,0132 in + 0,125 in = 0,1382 in dipilih tebal dinding standar 0,25 inchi LD-4. Bak Penampungan Fungsi : tempat menampung air dari sumur pompa Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : Bak beton 2. Bahan Konstruksi : Beton Massa air yang dibutuhkan untuk 1 hari, Universitas Sumatera Utara = 56.461,7265 kghari Volume, = ρ m = 3 53 , 996 kghari 5 56.461,726 m kg = 56,6583 m 3 hari Faktor keamanan, 20 = 1+0,2 x 56,6583 m 3 hari = 67,9899 m 3 hari Direncanakan : Panjang bak = 3 x lebar bak Tinggi bak = lebar bak Sehingga, volume : = p x l x t = l 3 67,9899 = l 3 ⇒ l = 4,0815 m Maka, Panjang bak = 3 x 4,0815 m = 12,2445 m Lebar bak = 4,0815 m Tinggi bak = 4,0815 m LD-5. Klarifier Fungsi : sebagai tempat untuk memisahkan kontaminan-kontaminan terlarut dan tersuspensi dari air dengan menambahkan alum yang menyebabkan flokulasi dan penambahan soda abu agar reaksi alum dengan lumpur dapat terjadi dengan sempurna. Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : continous thickener Universitas Sumatera Utara 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B Jumlah air yang diklarifikasi = 56.461,7265 kghari Reaksi : Al 2 SO 4 3 + 6H 2 O →2AlOH 3 + 3H 2 SO 4 Jumlah Al 2 SO 4 3 yang tersedia = 3,2748 kghari BM Al 2 SO 4 3 = 342 kgkmol Jumlah Al 2 SO 4 3 adalah, 342 3,2748 = 0,0096 kmolhari Jumlah AlOH 3 yang terbentuk, 2 x 0,0096 kmolhari = 0,0192 kmolhari BM AlOH 3 = 78 kgkmol Jumlah AlOH 3 adalah, 78 0192 , = 0,0003 kghari Sifat-sifat bahan Perry, 1997: • Densitas AlOH 3 = 2.420 kgm 3 pada suhu 30 C, tekanan 1 atm • Denssitas Na 2 CO 3 = 2.710 kgm 3 Jumlah Na 2 CO 3 diperkirakan sama dengan jumlah AlOH 3 yang terbentuk. • Massa Na 2 CO 3 = 0,0003 kghari • Massa AlOH 3 = 0,0003 kghari Total massa = 0,0006 kghari • Volume Na 2 CO 3 = 420 . 2 0003 , = 12,3 x 10 -8 m 3 • Volume AlOH 3 = 710 . 2 0003 , = 11 x 10 -8 m 3 Volume total = 2,33 x 10 -7 m 3 Universitas Sumatera Utara • Denssitas partikel = 7 10 33 , 2 0006 , − x = 2.575,1073 kgm 3 = 2,5751 grliter 3. Terminal Setting Velocity dari Hk. Stokes Ut = µ ρ ρ 18 2 g x D s − Ulrich, 1984 Dimana, D = diameter partikel = 20 mikron = 0,002 cm Perry, 1997 ρ = densitas air = 0,999 grliter ρ s = densitas partikel = 2,5751 grliter μ = viscositas air = 0,007 grcm.s Kern, 1950 g = percepatan gravitasi = 980 grcm 2 Sehingga setting velocity, Ut = 007 , 18 980 999 , 5751 , 2 002 , 2 x x − = 0,0490 msek 4. Diameter Klarifier D = 12 2 25 ,       CxKxm Brown, 1978 Dimana, C = kapasitas klarifier = 56.461,7265kghari 124.474,7057 lbhari K = konstanta pengendapan = 995 m = putaran motor direncanakan 1,5 rpm D = diameter klarifier, ft Maka diameter klarifier, Universitas Sumatera Utara D = 12 2 5 , 1 995 57 124.474,70 25 ,       x x = 8,1811 ft Tinggi klarifier = 1,5 x D H = 1,5 x 8,1811 ft = 12,2717 ft Tinggi konis, h = 0,33 x 12,2717 ft = 4,0496 ft 5. Waktu Pengendapan t = 3600 0,0490 48 , 30 2717 , 12 3600 48 , 30 x x x U Hx t = = 2,1204 jam 6. Daya Klarifier Wk = xt xm D xHx D 415 27 2 2 4 + = 1204 , 2 415 5 , 1 1811 , 8 27 2717 , 12 8,1811 2 2 4 x x x x + = 3,0819 hp 7. Tebal dinding klarifier Tekanan cairan dalam klarifier, P = P operasi + ρgh = 14,696 psi + 0,995 grcm 3 x 980 cms 2 x 374,046 cm = 14,696 psi + 3.647,323 dynecm 2 = 14,7486 psi Maka, t = 6 , Cxn P fxE PxD + − Brownell,1959 t = 7486 , 14 6 , 85 , 650 . 12 12 1811 , 8 7486 , 14 x x x x − + 0,0125x10 Universitas Sumatera Utara t = 0,1348 in + 0,125 in = 0,2598 in dipilih tebal dinding standar 0,3 inchi LD-6. Sand Filter Fungsi : menyaring kotoran-kotoran air dari klarifier Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : silinder tegak dengan tutup segmen bola 2. Bahan Konstruksi : carbon steel grade B Direncanakan volume bahan penyaring 0,3 dari volume tangki. Media penyaring adalah : o Lapisan I pasir halus o Lapisan II antrasit o Lapisan batu grafel Laju alir massa = 56.461,7265 kghari = 124.474,7057 lbhari Sand filter yang dirancang untuk penampungan 1 hari operasi 3. Volume tangki Volume air, = 2 , 62 57 124.474,70 = 2.001,2011 ft 3 Faktor keamanan 10, Volume tangki, = 1,1 x 2.001,2011 ft 3 = 2.201,3212 ft 3 Sand filter dirancang sebanyak 2 unit dengan kapasitas 1100,6606 ft 3 Universitas Sumatera Utara Direncanakan tinggi tangki, H = 2 x D Volume = ¼ π x D 2 x H = ½ π x D 3 1100,6606 = ½ π x D 3 D = 3 14 , 3 1100,6606 2x = 8,8835 ft = 2,7077 m H = 2 x 2,7077 m = 5,4155 m = 17,7670 ft Tinggi total tangki, = 3,623 ft + 17,7670 ft = 21,3900 ft 4. Tekanan P = P operasi + ρgh = 14,696 psi + 0,995 grcm 3 x 980 cms 2 x 541,55 cm = 14,696 psi + 7,6155 psi = 22,3115 psi 5. Tebal Dinding t = 6 , Cxn P fxE PxD + − Brownell,1959 t = 22,3115 6 , 85 , 650 . 12 12 8,8835 22,3115 x x x x − + 0,0125x10 t = 0,2215 in + 0,125 in = 0,3465 in dipilih tebal dinding standar 0,35 inchi Universitas Sumatera Utara LD-7. Menara Air Fungsi : menampung air untuk didistribusikan sebagai air domestik dan air umpan ketel Jumlah : 1 buah Spesifikasi : 1. Tipe : silinder tegak dengan tutup segmen bola 2. Bahan Konstruksi : fiber glass Laju alir massa = 56.461,7265 kghari = 124.474,7057 lbhari Direncanakan untuk menampung air selama 1 hari. Banyak air yang ditampung, = 9 , 995 5 56.461,726 = 56,6942 m 3 Faktor keamanan 10 Maka volume menara, = 1,1 x 56,6942 m 3 = 62,3636 m 3 Didesain 4 tangki menara air dengan volume 15,5909 m 3 Diambil tinggi tangki, H = 2 3 x D Volume = ¼ π x D 2 x H = 1,1775 x D 3 15,5909 = 1,1775 x D 3 D = 3 1775 , 1 15,5909 = 2,3658 m = 7,7616 ft H = 2 3 x 2,3658 m = 3,5487 m = 11,6426 ft Universitas Sumatera Utara LD-8. Cooling Tower Fungsi : mendinginkan air pendingin bekas Jumlah : 1 unit Jenis : mechanical induced draft Laju alir massa air pendingin bekas = 165.396,2946kghari = 196.733,4267 lbhari Suhu air pendingin masuk = 50 C = 147,6 0F Suhu air pendingin keluar = 25 C = 102,6 F Wet bulb temperatur udara = 80 F Dari fig. 12-14. Perry, 1997 diperoleh konsentrasi air 0,75 gpmft 2 Laju alir air pendingin, = 9 , 995 46 165.396,29 = 89,6847 m 3 hari = 0,0623 m 3 menit = 0,0623 m 3 menit x 264,17 gallonm 3 = 16,4528 gpm Factor keamanan 20 Laju air pendingin, = 1,2 x 16,4528 gpm = 19,7434 gpm Luas menara yang dibutuhkan, = 75 , 7434 , 19 = 26,3245 ft 2 Diambil performance menara pendingin 90, dari fig. 12-15. Perry, 1997 diperoleh tenaga kipas 0,03 hpft 2 Daya yang diperlukan untuk menggerakkan kipas, = 0,03 hpft 2 x 26,3245 ft 2 = 0,7897 hp Dimensi menara, Universitas Sumatera Utara Panjang = 2 x lebar, Lebar = tinggi Maka, V = p x l x t = 2 x l 3 89,6847 = 2 x l 3 l = 3 2 89,6847 = 3,5527 m Sehingga, Panjang = 7,1055 m Tinggi = 3,5527 m LD-9. Pompa P-01 Fungsi : Mengalirkan air ke bak penampungan Type : Pompa sentrifugal Laju alir massa, F = 56.461,7265 kgjam x 2,2046 lbkg x 2,7778 x 10 -4 jams = 34,5768 lbs Densitas, ρ = 62,2 lbft 3 Perry, 1997 Viskositas, µ = 8,9 cp x 6,7197 x 10 -4 lbft.s = 0,0059 lbft.s Kern, 1965 Kecepatan aliran, Q = ρ F = 3 2 , 62 34,5768 ft lb s lb Universitas Sumatera Utara = 0,5559 ft 3 s Perencanaan pompa : Diameter pipa ekonomis De dihitung dengan persamaan : De = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Foust,1979 = 3,9 0,5559 0,45 62,2 0,13 = 5,1229 in Dipilih material pipa commercial steel 6 in schedule 40, dengan : • Diameter dalam ID = 6,065 in = 0,5054 ft • Diameter luar OD = 6,625 in = 0,5521 ft • Luas Penampang pipa A = 28,9 in 2 = 0,2007 ft 2 Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa, V = A Q = 2007 , 5559 , = 2,7698 fts Sehingga, Bilangan Reynold, N Re = µ ρVD = 0059 , 5054 , 2,7698 2 , 62 x x = 14.757,8136 Material pipa merupakan bahan commercial steel maka diperoleh harga-harga sebagai berikut : ε = 4,6 x 10 -5 m = 1,5092 x 10 -4 ft εD = 1,5092 x 10 -4 ft0,5054 ft = 0,0002 dari grafik 5-9. Mc.Cabe, 1999 diperoleh f = 0,017 Universitas Sumatera Utara Panjang eqivalen total perpipaan ΣL • Pipa lurus L 1 = 25,888 ft • 1 buah gate valve fully open LD = 13, L 2 = 1 x 13 x 0,5054 ft = 6,5702 ft • 3 buah elbow 90 LD = 30, L 3 L 3 = 3 x 30 x 0,5054 ft = 30,324 ft • 1 buah sharp edge entrance K = 0,5 LD = 25, L 4 = 1 x 25 x 0,5054 ft = 12,635 ft • 1 buah sharp edge exit K = 1; LD = 47 L 5 = 1 x 47 x 0,5054 ft = 23,754 ft Total panjang ekuivalen ΣL = L 1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 5 = 25,888 + 6,5702 + 30,324 + 12,635 + 23,754 ft = 99,1712 ft Friksi Σf, Σf = xgcxD L x fxV 2 2 Σ = 5054 , 17 , 32 2 1712 , 99 7698 , 2 017 , 2 x x x x = 0,3978 ft.lb f lb m Kerja Pompa W, Persamaan Bernouli f W xgc V V Z Z P P Σ = + − + − + − 2 2 1 2 1 2 1 P 1 = P 2 , V 1 = V 2 = 0, Z 1 = 0 dan Z 2 = 25,888 -25,888 + W = 0,3978 W f = 0,3978 + 25,888 = 26,2858 lb.ftjam Daya, Universitas Sumatera Utara W s = 550 ρ WfxQx = 550 2 , 62 502 , 26,2858 x x = 1,4923 hp Jika efisiensi pompa, η = 80 dan efisiensi motor, η m = 75 P = m x Ws η η = 75 , 8 , 1,4923 x = 2,4872 hp Jadi digunakan pompa dengan daya 2,5 hp. Universitas Sumatera Utara LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam pra rancangan pabrik Nodle Soap digunakan asumsi sebagai berikut: Pabrik beroperasi selama 330 hari dalam setahun. Kapasitas maksimum adalah 5000 tontahun. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchased- equipment delivered Peters dkk,2004. Harga alat disesuaikan dengan basis 4 Maret 2011. dimana nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah US 1 = Rp 8.900,- Bank Mandiri, 4 Maret 2011. LE-1. Modal Investasi Tetap 1. Modal Investasi Tetap Langsung MITL

1.1. Biaya Tanah Lokasi Pabrik