Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Karbon Disulfida dari Arang Tempurung Kelapa dan Belerang dengan Kapasitas 17000 Ton/Tahun
LAMPIRAN A
NERACA MASSA
Kapasitas Produksi
: 15.000,00 ton/tahun
Basis Perhitungan
:1 Jam Operasi
Satuan Massa
:Kilogram
Satu Tahun Operasi
: 300 hari
Satu Hari Operasi
: 24 Jam
Produksi Karbon Sulfida
=
15.000,00 ton
1 tahun
x
1000 kg
1 ton
1 tahun
1 hari
x 300 hari x 24 jam
= 2.083,3333 kg/jam
Berdasarkan data produksi tersebut dan proses-proses yang berlangsung maka akan
dibutuhkan data kapasitas bahan baku sebesar 66,74 kg/jam tempurung kelapa dan
735, 843 kg/jam sulfur.
Komposisi arang tempurung kelapa dapat dilihat pada tabel LA.1 dibawah ini
Tabel LA.1 :Asumsi kadar arang tempurung kelapa
Komponen
Asumsi Kadar (%)
Karbon
76,32
Air
4,20
Abu
13,08
Nitrogen
0,11
Oksigen
6,29
Total
100
Universitas Sumatera Utara
LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101)
F1Arang tempurngkelapa
BE 101
F1
Arang Tempurung Kelapa
Keterangan : Fin = Fout = F1
F1 = 2.612,9827kg/jam
LA.2 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-101)
Arang tempurung kelapa
F1
ArangTempurungKelapa
F1
Keterangan : Fin = Fout = F1
F1 = 2.612,9827kg/jam
LA.3 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-101)
Arang tempurung kelapa
Universitas Sumatera Utara
F1
Ss - 101
F2
F3
Arang tempurung
Arang tempurung kelapa
kelapa reject
Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85%.
Neraca Massa komponen :
Alur 1
F1Arang Tempurung
= 0,7632
x 2.612,9827 = 1.994,228
kg/jam
F1Air
= 0,042
x 2.612,9827 = 109,745
kg/jam
F1Abu
= 0,1308
x2.612,9827 = 341,778
kg/jam
F1Nitrogen
= 0,0011
x2.612,9827 = 2,874
kg/jam
F1Oksigen
= 0,0629x 2.612,9827
= 164,357
kg/jam
F3Karbon
= 1.994,228
x 0,85
= 1.695,094
kg/jam
F3Air
= 109,745
x 0,85
= 93,283
kg/jam
F3Abu
= 341,778
x 0,85
= 290,511
kg/jam
F3Nitrogen
= 2,874
x 0,85
= 2,443
kg/jam
Alur 3
Universitas Sumatera Utara
F3Oksigen
= 164,357
x 0,85
= 139,703
kg/jam
F2Karbon
= 1.994,228
-1.695,094
= 299,134
kg/jam
F2Air
= 109,745
-93,283
= 16,462
kg/jam
F2Abu
= 341,778
-290,511
=51,267
kg/jam
F2Nitrogen
= 2,874
-2,443
= 0,431
kg/jam
F2Oksigen
= 164,357
-139,703
= 24,653
kg/jam
Alur 2
F2 = F1 – F3
LA.4 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-101)
F3
Arang Tempurung Kelapa
BC-101
F3ArangTempurungKelapa
Keterangan : Fin = Fout = F3
F3total = 2221,035 kg/jam
LA.5 Kalsinasi ( RK-101 )
Air
Volatile
Universitas Sumatera Utara
F4
Kalsinasi
3 5
FF
ArangTempurungKelapa
Karbon, Abu
Asumsi : Efisiensi alat 100% dikarenakan semua bahan yang bersifat volatil teruap
dengan sempurna, sehingga akan diperoleh karbon danabu pada alur 5 :
Neraca Massa Total :
F3 = F4 + F5
Neraca Massa Komponen :
Alur 3
F3Karbon
= 1.695,094
kg/jam
F3Air
= 93,283
kg/jam
F3Abu
= 290,511
kg/jam
F3Nitrogen
= 2,443
kg/jam
F3Oksigen
= 139,703
kg/jam
F4Air
=93,283
x 100%
= 93,283
kg/jam
F4Nitrogen
= 2,443
x 100%
= 2,443
kg/jam
F4Oksigen
= 139,703
x 100%
= 139,703
kg/jam
F5Karbon
= 1.985,605
-0
= 1.985,605
kg/jam
F5Abu
= 290,511
-0
= 290,511
kg/jam
Alur 4
Alur 5
F5 = F3 – F4
Universitas Sumatera Utara
F5Air
= 93,283
- 93,283
=0
F5Nitrogen
= 2,443
- 2,443
=0
F5Oksigen
= 139,703
- 139,703
=0
LA.6 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-102)
F5
Karbon
Abu
BC-102
F5Karbon , Abu
Keterangan : Fin = Fout = F5
F5total = 1985.605 kg/jam
LA.7 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-102)
F6Sulfur
BE 102
F6Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F6
Universitas Sumatera Utara
F6= 20,9038 kg/jam
LA.8 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-102)
Sulfur
F6
FR-102
F6Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F6
F6 = 20,9038 kg/jam
LA.9 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-102)
Sulfur
F6
Ss - 102
F7
F8
Sulfur Reject Sulfur
Universitas Sumatera Utara
Asumsi : Efisiensi alat pada Vibrating Screen adalah 85%
Neraca Massa total :
F6 = F7 + F8
Neraca Massa Komponen :
Alur 6
F6sulfur
= 20,9038 kg/jam
Alur 8
F8sulfur
= 20,9038 x 0,85 = 17,7682 kg/jam
Alur 7
F7 = F6 – F8
F7sulfur reject
= 20,9038 – 17,7682 = 3,1356 kg/jam
LA.10 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-103)
F8
Sulfur
BC-103
F8Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F8
F8 total = 17,7682 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LA.11 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-103)
F8 Sulfur
BE 103
F8 Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F8
F8 total = 17,7682 kg/jam
LA.12 Reaktor (R-101)
Sulfur
F8
Reaktor
F5Karbon
F9Abu
F10KarbonDisulfida
Universitas Sumatera Utara
Asumsi : efisiensi alat 80% sehingga 20% debu masih terdapat di alur 9
Neraca Massa Total :
F5 + F8 = F10 + F9
Di dalam reaktor dilakukan penambahana sulfur agar dapat bereaksi menjadi CS2
dengan reaksi :
C + 2S
CS2 dimana penambahan sulfur sebanyak 20% dari total bahan
volatil, untuk menggantikan bahan yang sudah menguap tersebut ( air, , nitrogen,
oksigen ).
Neraca Massa Komponen :
Alur 5
F5karbon
= 1.985,605
kg/jam
F5debu
= 290,511
kg/jam
Alur 8 :
Total bahan yang bersifat Volatil = 235,429 kg/jam
F8sulfur = 0,2 x 235,429 = 47,0858kg/jam
Alur 9 :
F9debu = 0,8 x 290,511 = 232,4088kg/jam
Alur 10:
F10karbon disulfida = 1985,605+ 47,0858
= 2032,6908 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F10debu
= 290,511–232,4088 = 58.1022
kg/jam
LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101)
F12
CS2Abu
F10 CS2
Abu
Asumsi
:Efisiensi
98%
F11
sehinggadebusebagairesidumasihterikatsebesar
2%
padaproduk (alur 12).
Neraca MassaTotal :
F10 = F11 + F12
Neraca Massa Komponen :
Alur 10
F10 karbon disulfida
= 2.032,6908kg/jam
F10 debu
= 58.1022kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Alur 11
F11 debui
= 58.1022x 98% = 56,9401 kg/jam
Alur 12
F12CS2 = F12CS2
F12karbon disulfida
= 2.032,6908kg/jam
F12debu
= 58.1022– 56,9401
= 1,1621 kg/jam
LA.14 Cooler (CO-101)
Di dalam Cooler 1 karbon disulfida didinginkan suhunyadari suhu 900 0C
sampai 500 oC
Cooler
Karbon Disulfida
karbon disulfida
F12
Neraca Massa Total : F12
F13
=
F13
2.032,6908kg/jam= 2.032,6908kg/jam
LA.15 Condensor (CD-101)
Di dalam Condensor karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi
25 - 300C.
Condensor
Karbon Disulfida
karbon disulfida
F14
Neraca Massa Total : F14
F15
=
F15
Universitas Sumatera Utara
2.032,6908kg/jam= 2.032,6908kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis Perhitungan
: 1 Jam operasi
Temperatur Referensi
: 25oC = 298,150K
Satuan
: kj/jam
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Fasa Gas CpgT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
A
B
C
d
E
Nitrogen
29,41
-3,01.10-3
5,45.10-6
5,13.10-9
-4,25.10-12
Oksigen
29,88
-1,14.10-2
4,34.10-5
-3,70.10-8
1,01.10-11
Udara
28,94.10-3
0,415.10-5
0,319.10-8
-1,965.10-12
-
CS2
3,3099.101
1,0617.10-2
2,7593.10-4
3,4217.10-7
1,3029.10-10
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.2Kapasitas Panas Fasa Liquid CplT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
a
B
C
d
E
H2O
1,82964.101
4,72118.10-1
-1,33878.10-3
1,31424.10-6
-
CS2
1,7415.101
5,5453.10-1
1,7234.10-3
2,0757.10-6
-
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.3Kapasitas panas solid CpsT0K = a + Bt
A
B
Universitas Sumatera Utara
C
2,673
0,00261
S
3,63
0,00640
0,1800
0,000078
Abu
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.4Panas Laten (kj/mol)
∆HVL
H2O
40656,2
CS2
26334,4
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.5Entalpi Pembentukan (kj/mol)
∆H0f
CS2
117,0683
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Perhitungan Kapasitas panas (Cp) :
Rumus yang digunakan adalah : A + BT + CT2 + DT3 +ET4
(Reklaitis, 1983)
1. Karbon
Pada 4000C = 673,150K
673,15
�
∫298,15 ���� = ∫�� 2,673 + 0,00261 (673,15 – 298,15) - (
= 3,33080556 Kj/Kmol.K
116900
673,15 2 −298,15 2 )
2. Air, H2O
Universitas Sumatera Utara
�
�
∫�� ���� = ∫�� 18,2964 + 0,472118 (673,15 – 298,15) -
298,152) +
1,3142 .10 −6
3
0,0013388
2
(673,152 –
(673,153 – 298,153)
= 73,5384115 Kj/Kmol.K
3. Abu
Cp = 0,18 + 0,000078 T
= 0,18 + 0,000078 (673,15)
= 0,2325057 Kj/Kmol.K
4. Nitrogen
�
�
∫�� ���� = ∫�� 29,4119– 0,00300681 (673,15 – 298,15) +
5,13186 .10 −9
(673,152 – 298,152)+
4,2531 .10 −12
4
3
5,45 −6
2
(673,153 – 298,153) –
(673,154 – 298,154)
= 32,21757233 Kj/Kmol.K
5. Oksigen
�
�
∫�� ���� = ∫�� 29,8832 – 0,011384 (673,15 – 298,15) +
3,7006 .10 −8
(673,152 – 298,152)–
1,01006 .10 −11
4
3
4,33779 −5
2
+ (673,153 – 298,153) +
(673,154 – 298,154)
= 117,0841911 Kj/Kmol.K
Pada 9000C = 1173,150K
6. Sulfur (S)
= 3,63 + (0,0064) (303,15)
= 5,570 Kj/Kmol.K
Universitas Sumatera Utara
7. Karbon Disulfida (CS2)
�
�
∫�� ���� = ∫�� 33,099 + 0,010617 (1173,15 – 298,15) (1173,152 – 298,152) +
4
3,4217 .10 −7
3
0,00027593
2
(1173,153 – 298,153) +
1,3029.10 −10
4
4
(1173,15 – 298,15 )
= 462,574 Kj/Kmol.K
8. Abu
= 0,18 + 0,000078 (673,15)
= 0,23251 Kj/Kmol.K
Keterangan :
T = Temperatur Operasi
Tr = Temperatur Referensi
1. Rotary Kiln (RK-101)
Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan kandungan arang tempurung
kelapa yang bersifat volatil sehingga tersisa di dalam arang tempurung kelapa
hanyalah karbon dan debu.
4000C
Bahan Volatile
Tempurung kelapa
( H2O, O2, N2 )
4
Kalsinasi
4000C
3
ArangTempurungKelapaCS2 500oC
5Karbon
Abu
A. Panas Masuk Alur 3
Panas masuk pada alur 3, Q3 =∑3����� �����
(Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
Alur 3
Q3karbon
303,15
= N3karbon ∫298,15 ����
= 11,771 (3,330805561)
= 39,20691 kj/jam
Q3Abu
303,15
= N3Abu ∫298,15 ����
= 2,0175 (0,2325057)
= 0,46908kj/jam
Q3H2O
673,15
= N3H2O ∫298,15 ����
= 0,287 (73,53841147)
= 21,105 kj/jam
Q3Nitrogen
673,15
= N3Nitrogen∫298,15 ����
= 0,0124642 (32,21757233)
= 0,4015 kj/jam
Q3Oksigen
673,15
= N3Oksigen∫298,15 ����
= 0,5456 (117,0841911)
= 63,88113 kj/jam
Q3 Total
= 1250.6362 kJ/jam
B. Panas Keluar Alur 5 pada 5000C
Panas keluar pada alur 4 dan 5, Q= ∑������ �����
(Reklaitis,1983)
Alur 5
Q5total
= Q5karbon + Q5Debu
Q5karbon
= N5karbon ∫298,15 ����
673,15
= 141,2578333 (3,330805561)
= 470,5023768 kj/jam
Q5Abu
673,15
= N5Abu ∫298,15 ����
= 24,20925 (0,2325057)
= 5,628788618 kj/jam
Q5Total
= 476,1311655
kj/jam
Universitas Sumatera Utara
C. Panas Keluar Alur 4
Q4H2O
673,15
= N4H2O ∫298,15 ����
= 5,182388889 (73,53841147)
= 381,1046465 kj/jam
Q4Nitrogen
673,15
= N4Nitrogen∫298,15
= 0,1745 (32,21757233)
= 5,621966371 kj/jam
Q4Oksigen
673,15
= N4Oksigen∫298,15
= 8,7314375 (117,0841911)
= 1022,313297 kj/jam
Q4Total
= 1409,03991
kj/jam
Dengan demikian, Qkeluar = Q5total + Q4total = 1885,171075 kj/jam
Sehingga,
dQ / dT
= Q keluar – Q masuk
Qmasuk = Qkeluar
3493,37 + 1.250,6362 = 1718,838 + panas bahan keluar (500oC)
Panas bahan keluar
= 2915,21 kJ/jam
Massa CS2 yang digunakan :
dQ/dT
= m cp dt
2915,21 = m 70,04 (475)
m
= 0,0876 kg/jam
2. Reaktor ( R-101)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi : tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada
temperatur 9000C dan tekanan 1 atm.
Sulfur
8
R-101
0
0
500 C900 C
9KarbonDebu 5
Karbon ,Debu
9000C
10Debu
A. Panas Masuk Alur 5
Alur 5 = 724,648 kj/jam
Alur 8 panas masuk pada 300C
Panas keluar pada alur 8, Q8 = ∑8
Q8Sulfur
(Reklaitis,1983)
303,15
= N8sulfur ∫298,15
= 0,5550875 (5,57016)
= 3,091926 kj/jam
Qmasuk = Q5 + Q8= 724,648 kj/jam + 3,091926 kj/jam
= 727,739926 kj/jam
B. Panas Keluar Alur 9
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar pada alur 9, Q9 = ∑9
Q9abu
Q9Abu
(Reklaitis,1983)
1173,15
= N9abu ∫298,15
1173,15
= N9Abu ∫298,15
= 19,3674 (0,2715057)
= 5,25835949 kj/jam
C. Pansa Keluar Alur 10
Panas keluar pada alur 10, Q10 = ∑10
(Reklaitis,1983)
1173,15
= N10K.Disulfida ∫298,15
Q10K.Disulfida
= 26,697454 (462,574)
= 12349,54809kj/jam
Q10Abu
1173,15
= N10Abu ∫298,15
= 4,84185 (0,2715057)
= 1,31458987 kj/jam
Qkeluar
= Q9total + Q10total = 12350,86268 kj/jam
Sehingga,
dQ / dT
= Q keluar – Q masuk
= 12350,86268 Kj / jam – 727,739926Kj / jan
= 11623,12275 Kj / jam
Reaksi :
C + 2S
CS2
Agar temperatur pada R-102 menjadi 9000C maka perlu digunakan energi listrik
dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101) sebanding dengan dQ/dT.
Universitas Sumatera Utara
Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut
adalah sebesar :
dQ/dT
= 11623,12275Kj/jam
= 11623,12275Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec
= 3228,64Kw
3. Cooler (CO-101)
Fungsi : Untuk menurunkan temperatur bahan dari 500 o C sampai temperatur
900C.
200C
Udara Pendingin
CO-101
0
500 C
12KarbonDisulfida
KarbonDisulfida
900C600C UdaraPendinginBekas
A. Panas Masuk Pada Alur 12
dQ / dT (13)
= 3494,875 kj/jam
B. Panas Keluar pada alur 14
Universitas Sumatera Utara
dQ / dT (15)
CS2
373,15
= NKarbon Disulfida(l) ∫298,15
Massa
BM
1.742,180
76,138
N
CpdT
dQ/dT
22,88187239 42,46799815 971,7473142
Maka,
dQ / dT
= Qkeluar - Qmasuk
= 971,7473142 kJ/jam - 10585,550 Kj/jam
= -9613,803 kJj/jam
Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur
14900C maka perlu digunakan udara pendingin. Temperatur udara pendingin
yang digunakan 200C dengan Cp udara 0,0289 kJ/kg.K, 1 atm dan
diasumsikan temperatur udara pendingin keluar 600C sebagai kondensat.Cp
udara pada 600C adalah 0,0291 kj/kg.K.
Maka,
dQ/dT 12 = dQ/dT 13
3494,875 + (-0,145m) = 1309,046 + 1,0185m
m = 1878,67 kg/jam
Jumlah udara pendingin yang dibutuhkan adalah, m =1878,67 kg/jam
4. Condensor (CD-101)
Fungsi : untuk menurunkan temperatur produk dari 900C menjadi 250C
dengan menggunakan air sebagai media pendingin.
20 oC
Air Pendingin
CD-101
Universitas Sumatera Utara
900C CS2
14 Karbon Disulfida
500C
250C
CS2
A. Panas Masuk Pada Alur 13
dQ / dT (13)
= 1309,046 kj/jam
B. Panas Keluar pada alur 14
CS2
Massa
BM
N
CpdT
dQ/dT
1.742,180
76,138
22,88187239
17,415
398,488
Maka,
dQ / dT
= Qkeluar - Qmasuk
= 398,488 kJ/jam - 971,747 Kj/jam
= -573,260 kj/jam
Agar temperatur pada CD-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14
900C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang
digunakan 200C, 1 atm dan diasumsikan temperatur air pendingin keluar 500C
sebagai kondensat.Cp air pada 500C adalah 22.874 kj/kg.K. Maka,
dQ/dT 13 = dQ/dT 14
1309,046 + (-86,7m) = 606,479 +571,85m
m = 1,067 kg/jam
Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, m= 1,067kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT
1.
Gudang bahan baku (G-101)
Fungsi
:Menyimpan bahan baku arang tempurung kelapa,
direncanakan untuk kebutuhan 7 hari.
Bahan konstruksi
: Beton
Bentuk
: Persegi
= 30oC
Kondisi penyimpanan : Temperatur
Tekanan
= 1 atm
Kebutuhan arang tempurung
= 2.612,9827 kg/jam
Kebutuhan arang tempurung
= 2.612,9827 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari
= 438.981,0936 kg
Densitas arang tempurung,ρ
= 400,475 kg/m3
Volume arang tempurung, V =
�
ρ
=
(Perry,1984)
438.981,0936 kg
400,475 kg /m3
= 1.096,1510 m3
Faktor kelonggaran (fk)
= 20%
Volume gudang
= (1+ 0,2) x 1.096,1510 m3
= 1.315,3812 m3
Gudang direncanakan beukuran p : l : t = 2 : 2 : 1
Volume gudang (V)
=pxlxt
= 4t3
= 2t x 2t x t
3
�
3
= �4 = �
Tinggi gudang (t)
1.315,3812
4
= 6,9023 m
Sehingga, panjang (p) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m
Lebar (l)
= 2 x 6,9023 = 13,8047 m
Kesimpulan perancangan :
Kebutuhan arang tempurung
= 2.612,9827kg/jam
Volume gudang
= 1.315,3812m3
Panjang gudang
= 13,8047m
Lebar gudang
= 13,8047m
Universitas Sumatera Utara
2.
Tinggi gudang
= 6,9023m
Jumlah
= 1 unit
Bucket Elevator (BE-101)
Fungsi
: Mengangkut arang tempurung kelapa dari gudang
penyimpanan ke Rooler Mill (FR-101)
Jenis
: Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator
Bahan
: Malleable-iron
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi :Temperatur (T)
Tekanan (P)
= 300C
= 1 atm
Laju bahan yang diangkut
= 2.612,9827kg/jam
Faktor kelonggaran, fk
= 12%
Kapasitas bucket elevator
= (1 + 0,12) x 2.612,9827kg/jam
(Tabel 28-8, Perry, 1999)
= 2.926,5406kg/jam
Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999)
Spesifikasi :
o Tinggi elevator
= 25 ft = 7,62 m
o Ukuran bucket
= (6 x 4 x41/4) in
o Arang Tempurung antar bucket
= 12 in = 0,305 m
o Kecepatan Bucket
= 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt
= 1,143 m/s
o Kecepatan Putaran
= 43 rpm
o Lebar belt
: 7 in = 0,1778 m =17,78 cm
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
P = 0,07 m0,63 ∆Z
( Timmerhaus,2004)
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
∆Z
= tinggi elevator (m)
m = 2.894,9601 kg/jam = 0,7258 kg/s
∆Z = 25 ft = 7,62 m
Maka :
P = 0,07 x (0,7258)0,63 x 7,62
= 0,4358 kW x
1,341 ℎ�
1 ��
= 0,5845 hp
Kesimpulan perancangan :
3.
Kebutuhan
= 2.612,9827kg/jam
Daya motor
= 0,5845hp
Jumlah
= 1 unit
Rooler Mill (FR-101)
Fungsi
:
Memperkecil
ukuran
arang
tempurung
kelapadarigudang penyimpanan (G-101) sebelum ke
unitRotary Kiln (RK-101).
Jenis
: Double Toothed-Roll Crusher
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel
Kondisi Operasi
: Temperatur (T)
: 300C
Tekanan (P)
: 1 atm
Laju arang tempurung
= 2.612,9827kg/jam
Faktor kelonggaran, fk
= 20%
Kapasitas
= (1 + 0,2) x 2.612,9827kg/jam
= 3.135,5792 kg/jam= 3.1355 ton/jam
Spesifikasinya Roller Milladalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) :
Universitas Sumatera Utara
• Diameter ukuran roll
: 15,75 in
= 1,31 ft
• Face ukuran roll
: 24,0 inch
= 2 ft
• Berat balls
: 2,4 lb = 1,09 kg
• Kecepatan roll
: 200 rpm
• Kapasitas
: 3-15 ton/jam
• Daya motor yang digunakan
: 5 Hp
Kecepatan kritis =�
76,6 1/2
�
�
76,6 1/2
=�0,25 �
Daya pada skala laboratorium (Ne)
= 17,5043 rpm
= 22,26Hp
(Perry, 1999)
Diambil efisiensi
= 70%
Kecepatan Mill (k)
= Nm x D x 2,2046 x 10-3
= 200 rpm x 1,31 x 2,2046 x 10-3
= 0,578 rpm
= (0,7 x l – 1) x k x (0,5D)2 x 22,26
Daya penghancur (P)
= (0,7 x 2 – 1) x 0,578 x (0,5 x 0,25)2 x22,26
= 0,0303 kW x 1,341
= 0,0406 Hp
Kesimpulan perancangan :
4.
Kapasitas
: 2.612,9827kg/jam
Daya motor
: 5 Hp
Jumlah
: 1 Unit
Vibrating Screen (SS-101)
Fungsi
:
Memisahkan
arang
tempurung
kelapa
dari
ukuranbesarmenjadi ukuran 20 mess
Jenis
: Vibrating Screen
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 30 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju umpan (F)
: 2.612,9827kg/jam
Faktor kelonggaran,fk
= 20%
Kapasitas vibrating screen
= ( 1 + fk ) x F
(Perry,1999)
Universitas Sumatera Utara
= ( 1 + 0,2 ) x 2.612,9827kg/jam
= 3.135,5792 kg/jam
Ayakan yang dipilih :
(Perry,1999)
• No ayakan
= 18 (1,00 mm)
• Bukan ayakan
= 1 mm = 0,0394 in
• Diameter wire
= 0,580 mm = 0,0228 in
• Tyler equivalent
= 16 mesh
Menghitung faktor bukaan-area (Foa), Foa = 100 a2.m2
Dimana :
a = bukaan ayakan = 0,0394 in
d = diameter wire = 0,0228 in
1
m
= �+� ,
1
= 100 a2. ��+� �
Foa
2
1
2
= 100 (0,0394)2.�(0,0394)+(0,0228 )� = 40,125 %
0,4��
Perhitungan luas screen (A), A = �� .�����
Dimana : Ct = laju bahan yang lewat = 2.612,9827kg/jam = 2.221,0352 ton/jam
Cu = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft2
(Perry,1999)
Foa = faktor bukaan-area = 0,4012
Fs = faktor slotted area = 1,5
A=
0,4.(2,4606
���
(0,32
ℎ
���
ℎ
)
.��2)(0,4012 )(1,5)
(Perry,1999)
= 5,1107 ft2
Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan :
Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L
A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L2
�
1/2
L = �1,5�
= 1,8458 ft = 0,5626 m
P = 1,5 (0,5626 m) = 0,8439 m
Universitas Sumatera Utara
Untuk kapasitas 2,6129ton/h, dipilih spesifikasi
Kecepatan getaran
: 3600 vibrasi/menit
Daya
: 4 hp
(Mc.Cabe, 1985)
Kesimpulan perancangan :
5.
Kapasitas
: 2.612,9827kg/jam
Luas screen
: 7,0206 ft2
Panjang
: 0,8439 m
Lebar
: 0,5626 m
Jumlah
: 1 unit
Belt Conveyor (BC-101)
Fungsi
:
Mengangkut
arang
tempurung
kelapa
dari
vibratingscreen menuju rotary kiln
Jenis
: Horizontal Belt Conveyor
Material
: Commercial Steel
Temperature
: 30 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan yang diangkat
= 2.221,0352 kg/jam
Faktor kelonggaran
= 30%
(Tabel 21-5, Perry, 1999)
Kapasitas belt conveyor
= (1+0,3) x 2.221,0352kg/jam
= 2.287,6662 kg/jam
= 2,2876 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai
berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
•
Lebar belt
= 14 in = 35 cm
•
Luas area
= 0,11 ft2 = 0,010 m2
•
Kecepatan belt normal
= 200 ft/menit = 61 m/menit
•
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit = 91 m/menit
Universitas Sumatera Utara
•
Belt plies minimum
=3
•
Belt plies maksimum
=5
•
Kecepatan belt
= 100 ft/menit = 30,5 m/menit
•
Daya motor yang digunakan
= 0,30 Hp
Perhitungan power yang dibutuhkan :
Hp = TPH [(H 0,0020) + (V 0,001)] C (Perry 3rded.p.13-55)
Keterangan :
TPH
= Kapasitas, ton/jam
H
= jarak horizontal, ft
V
= jarak vertical, ft
C
= faktor bahan yang diangkut = 2 (Perry 3rded.p.13-56)
Jadi Hp = 2.221[(20 sin20 (0,001))+(20 cos 20 (0,002))] 2
= 2.221 [0,006+0,038] 2
= 0,30 hp
Kesimpulan perancangan :
6.
Kapasitas
= 2.221,0352kg/jam
Lebar belt
= 14 inc
Kecepatan
= 30,5 m/menitL
Kemiringan
= 20o
Rotary Kiln
Fungsi
:
Untuk
memanaskan
arang
tempurung
dan menguapkan gas-gas volatil yang terdapat
Universitas Sumatera Utara
dalam
arang
tempurung
kelapa
dengan
0
pemanas hingga temperatur 400 C.
Jenis
: Single Shell Direct Heat Rotary Kiln
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 400 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan masuk
= 2.221,0352kg/jam
Laju bahan keluar (produk)
= 1985,606 kg/jam
Zat volatile yang diuapkan
= 235,430 kg/jam
Suhu Feed
= 30 oC
Suhu Produk
= 400 oC
A.
Perancangan Dimensi Rotary Kiln dan Bahan Konstruksinya
a. Mencari diameter rotary kiln
Mc
D=
π G
4
1/ 2
(Perrys edisi 3 hal.833)
Dimana :
Mc
: laju bahan masuk (lb/jam)
= 2.221,0352kg/jam =4.442,0704 lb/jam
G
: laju flue gas untuk rotary kiln
= 0,5-5 kg/m2dtk
= 400-4000 lb/ft2jam
4.442,0704
D=
3,14 400
4
(Perry’s ed 7 hal 12-55)
1/ 2
= 3,76 ft
Diameter dalam Kiln = 3,76 ft = 1,48m
b. Menghitung volume Bahan
Bahan masuk
= 2.221,0352kg/jam = 4.442,0704 lb/jam
Densitas bahan
= 400,475 kg/m3 = 25,00lb/ft3
Universitas Sumatera Utara
Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit =0,5 jam
Berat bahan
= 4.442,0704 lb/jam x 0,5 jam = 2.221,0352 lb
Volume
= berat bahan / densitas
2.221,0352
V =
=88,84 ft3 = m3
25,00
c. Menghitung volume selinder
Volume bahan dari rotary kiln = 3% - 12% dari volume rotary kiln
(ulrich, tabel 4-10 hal 132), maka didapat :
Volume bahan
= 3% volume rotary kiln
4,24 m3
= 3% volume rotary kiln
Volume rotary kiln = 141,33 m3 = 4.991,54 ft3
d. Menghitung panjang rotary kiln
V = (�/4) D2 L
4.991,54
L=
3,14 4,87
4
L = 268,10 ft = 81,72 m
Kecepatan solid :
Panjang / waktu tinggal = 81,72 m / 1800s = 0,0454 m/s
e. Mencari tebal rotary kiln
Shell dari rotary kiln terbuat dari High Alloy Steel SA-240 Grade O
type 405 stress allwable 14,700 psi (Brownel, hal 343), sedangkan
untuk lasnya menggunakan double welded but joint 0,8 (Hesse, hal
84)
PxD
t =
+C
2S.e - 0,6P
Dimana,
P = tekanan
D = diameter kiln = 4,87ft = 58,44 inch
S = Allowlable stress
Universitas Sumatera Utara
C = faktor koresi = 1/16
Tensile stress yang diizinkan dengan rumus :
S = Su x fm x fr x fa x fs
Dimana,
su = ultimate strength = 75.000 psi
fm = material faktor = 0,97
fr dan fa = 1
fs = faktor korosi = 0,25
(Hesse, hal 84 tabel 4)
Maka :
S = 75.000 x 0,97 x 1 x 1 x 0,25 = 18,187,95 psi
Rotary kiln bekerja pada = 14,7 psi
ρ steel = 489 lb/ft3
Phidrostatik
ρ x L 489lb / ft 3 x 81,72
=
=
= 277,51 psi
144
144
P total
= P hidrostatik + P atmosfer
= 277,51 + 14,7 = 292,21
Sehingga,
1
292,21 x 4,87
+
ts =
(2x18187,95 x 0,8) - (0,6 x 292,21) 16
ts = 0,049 psi = 0,59 inc
1
ts = 0,59 +
16
10,45
ts =
= 0,65 inch
16
maka, diameter luar shell :
do
= di + 2ts
= 58,44 + 2(0,65)
= 59,74 inch = 4,98 ft
f. Menentukan kecepatan rotary kiln
V
Persamman : N =
π x D
Dimana :
N
= putaran rotary kiln
Universitas Sumatera Utara
V
= peripheral speed (ft/menit)
D
= diameter luar rotary kiln = 4,98 ft
Dari perry’s ed 7 hal 12-56, diketahui kecepatan periphetal rotary kiln
(30-150) ft/menit diambil V = 95 ft/menit
95
N =
= 6,08 = 6 rpm
3,14 x 4,98
N x D = 6,08 x 4,98 = 30,25
Kesimpulan perancangan :
7.
Jenis
: Single Shell Direct Heat Rotary Kiln
Bahan konstruksi
: High Aloy Steel SA 240 Grade O type 405
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 400 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan yang diangkut
: 2.221,0352kg/jam
Laju bahan keluar (produk)
: 1985,606
Zat volatile yang diuapkan
: 235,430
Suhu Feed
: 30 oC
Suhu Produk
: 400 oC
Waktu tinggal
: 30 menit
Kemiringan
: 1o
Diameter
: 3,76 ft = 1,48m
Panjang
: 268,10 ft = 81,72 m
Tebal
: 0,65 inch
Kecepatan putaran
; 6 rpm
Belt Conveyor (BC-102)
Fungsi
: Mengangkut serbuk karbon dari Rotary Kiln
menuju reaktor (R101)
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Horizontal Belt Conveyor
Material
: Commercial Steel
Temperature
: 30 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan yang diangkat
= 1.985,605 kg/jam
Faktor kelonggaran
= 30%
Kapasitas belt conveyor
= (1+0,3) x 1.985,605kg/jam
(Tabel 21-5, Perry, 1999)
= 2.581,2865 kg/jam
= 2,5813 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai
berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
•
Lebar belt
= 14 in = 35 cm
•
Luas area
= 0,11 ft2 = 0,010 m2
•
Kecepatan belt normal
= 200 ft/menit = 61 m/menit
•
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit = 91 m/menit
•
Belt plies minimum
=3
•
Belt plies maksimum
=5
•
Kecepatan belt
= 100 ft/menit = 30,5 m/menit
Daya motor yang digunakan
8.
= 0,30 Hp
Reaktor (R-101)
Fungsi
: Mereaksikan
karbon
dengan
sulfurmenggunakan pemanas listrik temperatur
mencapai 9000C sehingga terbentuk karbon
disulfida
Jenis
: Selinder tegak dengan tutup atas berbentuk
standar dishead dan tutup bawah berbentuk
conical
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 900 oC
Tekanan
: 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Laju bahan serbuk karbon
= 1.985,605kg/jam
Laju bahan belerang
= 20,904 kg/jam
Laju massa total
= 1.985,605kg/jam + 20,904kg/jam
= 2.006,509 kg/jam
Densitas arang tempurung, �
Densitas belerang, �
= 400,475 kg/m3
(Perry, 1984)
= 961,14 kg/m3
(Perry, 1984)
Densitas campuran, :
2.006,509
2.006,509
�� = 1.985 ,605
20,904
+
400 ,475
961 ,14
Volume =
= 4,9581+0,0217 = 404,714 kg/m3
2.006,509 �� /���
404,714 �� /�3
= 4,95 m3
Menghitung P design :
Phidrolisis =
=
��������� (ℎ��� −1)
144
404,714 (8−1)
144
= 19,67 kg/m3 =0,280 psi
Pdesign
= Poperasi + Phidrolisis
= 14,7 + 0,280
= 14,98 psi = 1,0193 atm
a. Diameter dalam reaktor :
Perbandingan diameter : tinggi silinder = 1 : 1, h = D(Mauror Germany,1978)
�
Volume
= 4 D2 x h
7,62 m3
= 4 D2 x D
�
3
4,95 �3
D =�
0,785
= 2,509 m
Tinggi reaktor :
H = D = 2,509 m = 83,976 inc
b. Luas penampang :
�
A = 2 (�) 2 x h = 11, 2770 m2
Panas yang timbul pada alat reaktor, Q = 3169181,212 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Temperatur operasi
= 9000C
Temperatur luar
= 250C
∆T
= 8750C
= 9000C – 250C
c. Menentukan tinggi selinder
Ls = 2di
= 2(2,133 m)
= 4,266 m
d. Menentukan tebal tanki
ts =
��.��
+C
2(�.�−0,6��)
14,98 ��� � 83,976 ���
= 2(13800 �0,8)−(0,6�14,98)+1/16
1257,96
= 22071 ,012 +1/16
= 0,0570 + 1/16
= 0,1195 inc
e. Menentukan kebutuhan listrik pada reaktor
dQ / dT
= Q keluar – Q masuk
= 10591,13752 Kj / jam – 479,2239968 Kj / jan
= 10111,91352 Kj / jam
Reaksi :
C + 2S
CS2
Agar temperatur pada R-102 menjadi 9000C maka perlu digunakan
energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101)
sebanding dengan dQ/dT. Maka besar energi listrik yang digunakan pada
Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar :
dQ/dT
= 10111,91352 Kj/jam
= 10111,91352 Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec
= 2808,86 kW
Universitas Sumatera Utara
9.
Blower (BL-101)
Fungsi
: Mengalirkan gas karbon disulfide dari reaktor (R101) ke cyclone (FG-101)
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Proses
: T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar
Laju alir massa
: 1.785,757 kg/jam
Densitas karbon disulfide, : 19,064 kg/m3
Kapasitas blower
=
���� ���� �����
�
=
1.785,757 kg /jam
19,064 kg /m3
= 93,67 m3/jam
Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef
: 100%
Tekanan, P
: 1 atm
Daya =
1,570 x10 −4
��
x Qf � �
=
1,570 x10 −4
x 93,67 � 14,7
1
= 0,2161 Hp
10.
Cyclone ( FG -101)
Fungsi
: Memisahkan debu dari karbon disulfida
Bahan Kontruksi
: Stainless Steel, SA-316 grade C
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi : - Temperatur = 9000C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir karbon disulfide
= 1.742,180 kg/jam
Laju alir debu
= 43,577 kg/jam
Total laju masuk
=1.785,757 kg/jam
Densitas karbon disulfida,� = 19,064 kg/m3
Laju alir volumetric
=
1.785,757 �� /���
19,064 �� /�3
(Perry, 1997)
= 93,67 m3/jam
Digunakn cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut
(Gambar 10.45, Sinnott, 1983):
Universitas Sumatera Utara
•
Lc
= Panjang selinder
= 1,5 Dc
•
Zc
= panjang konis
= 2,5 Dc
•
Jc
= Diameter lubang dust out
= 0,375 Dc
•
Dc
= Diameter Cyclone
= 0,09 m
•
DE
= Diameter gas outlet
= 0,75 Dc
•
Hc
= Tinggi lubang inlet
= 0,875 Dc
•
Bc
= Diameter lubang inlet
= 0,75 Dc x 0,375 Dc
•
Ukuran maks, umpan = 300 µm – 5 µm
(Tabel 19-8, Perry, 1999)
•
Lebar diameter maks = 0,01 – 1,2 m
(Tabel 19-8, Perry, 1999)
•
Kapasitas
•
Daya yang digunakan = 35 – 400 kN/m2 atau 7,5 Hp
= 2 m3/menit
(Tabel 19-8, Perry, 1999)
(Sianturi, 1977)
Perhitungan besarnya Dc :
93,67
Laju alir = 3600 = 0,0260 m3/s
(Sinnott, 1983)
Bentuk cyclone mempunyai laju alir masuk antara 9 m/s hingga 27 m/s, dimana
asumsi laju alir masuk optimum didapat pada laju alir 9 m/s.
0,0260
Luas aliran msuk (A1) pada 9 m/s =
9
= 0,0028 m2
Dari gambar 10.45 (b) pada Sinnott, 1983, nilai Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc
Maka luas aliran masuk,
0,0028 m2 = 0,75 Dc x 0,375 Dc
0,0028 m2= 0,28125 Dc2
Dc = 0,0099 m
Sehingga didapat harga :
•
Lc
= 1,5 Dc = 1,5 x (0,0099)
= 0,014 m
•
Zc
= 2,5 Dc = 2,5 x (0,0099)
= 0,024 m
•
Jc
= 0,375 Dc = 0,375 x (0,0,0099)
= 0,00585 m
•
DE
= 0,75 Dc = 0,75 x (0,0,0099)
= 0,00742 m
•
Hc
= 0,875 Dc = 0,875 x (0,0,0099)
= 0,00866 m
•
Bc
= 0,75 Dc x 0,375 Dc = 0,75 x (0,0099) x 0,375 x (0,0099)
= 0,000027565 m2
Universitas Sumatera Utara
11.
Blower (BL-102)
Fungsi
: Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon
(FG-101) menujurotary kiln
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Proses
: T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar
Laju alir massa
: 0,0876kg/jam
Densitas karbon disulfida,
: 19,064 kg/m3
Kapasitas blower
=
���� ���� �����
�
=
= 0,00460 m3/jam
0,0876 �� /���
19,064 �� /�3
Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef
: 100%
Tekanan, P
: 1 atm
Daya
=
1,570�10 −3 xQf x P
=
1,570 x10 −4 � 0,00460 �3/���
��
1
� 14,7 ���
= 0,106 Hp
12.
Blower (BL-103)
Fungsi
: Mengalirkan gas karbon disulfida dari rotary
kilnmenuju cooler
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Proses
: T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar
Laju alir massa
: 1.743,052 kg/jam
Densitas karbon disulfida,
: 19,064 kg/m3
Kapasitas blower
=
���� ���� �����
�
=
= 91,431 m3/jam
1.743,052 �� /���
19,064 ��/�3
Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef
: 100%
Tekanan, P
: 1 atm
Daya
=
1,570�10 −3 xQf x P
��
Universitas Sumatera Utara
1,570 x10 −4 � 91,431 �3/���
=
1
� 14,7 ���
= 0,211 Hp
13.
Cooler (CO-101)
Fungsi
: Untuk menurunkan temperatur gas karbon disulfida dari 500
o
C menjadi 90 oC
Jenis
: 1-2 Shell & tube exchanger
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 900C
Tekanan
: 1 atm
Tube
:
-
Diameter dalam, ID
: 0,902 in = 0,0751 ft
-
Diameter luar, OD
: 1 in = 0,083 ft
-
BWG
: 18
-
Pitch (triangular), Pt
: 11/4 in
-
Passes, n
:2
-
Panjang, L
: 15 ft
Kapasitas panas, Q
= 1130,130 kJ/jam = 1071,153 Btu/jam
Fluida panas :
a.
Laju alir fluida masuk, F = 1.742,180 kg/jam = 3.484,36 lbm/jam
b.
Temperatur masuk, T1
= 5000C = 9320F
c.
Temperatur keluar, T2
= 900C = 1940F
Fluida dingin :
-
Laju alir fluida masuk, F = 971,319 kg/jam
-
Temperatur masuk, t1 = 200C = 680F
-
Temperatur keluar, t2 = 600C = 1400F
LMTD =
∆�2−∆�1
ln
∆�2
∆�1
=
(T1−t2)−(�2−�1)
��
(�1−�2)
(�2−�1)
=
= 2.141,392 lbm/jam
(932−140)−(194−68)
��
(932 −140 )
(194 −68 )
Universitas Sumatera Utara
=
666
��
792
126
= 362,290F
Menentukan nilai ∆t :
Dimana,
�1−�2
R=
�2−�1
=
�2−�1
932−194
140−68
= 10,25
140−68
S = �1−�1 = 932−68 = 0,0833
Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 10,25 dan S = 0,0833 maka
diperoleh fr = 0,54
Sehingga,
∆t = LMTD x fT = 362,290F x 0,54
= 195,630F
Temperatur caloric, Tc dan tc ;
Tc =
tc =
�1+�2
2
�1+�2
2
=
=
932+194
2
68+140
2
= 563 0F
= 1040F
a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), cooler untuk fluida panas gases dan fluida
dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft20F, faktor pengotor (Rd)= 0,003.
Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
�
A = UD x ∆t =
50
1071 ,153 ��� /���
���
���
.��2 0F � 195,63�
= 109,51 ft2
Luas pemukaan luar, a’’ = 0,2618 ft2/ft
�
(Tabel. 10, Kern 1965)
109,51 ��2
Jumlah Tube, Nt = � � �′′ = 15 �� � 0,2618 ��2/��
= 27,89= 28 buah
b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah tube 118 dengan
ID shell 171/4 in.
c. Koreksi UD
Universitas Sumatera Utara
A = L x Nt x a1
= 15 ft x 114,7575 x 0,2618 ft2/ft
= 450,6527 ft2
�
1071 ,153 ��� /���
UD = � � ∆� = 450,6527 ��2 � 195,63 � = 21 Btu/jam ft2 0F
Fluida Panas – Shell Side
1.
Flow area shell, As ;
As =
��� � � ′ � �
144 � ��
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Dimana : IDs : diameter dalam shell = 171/4 in
B
: Baffle spacing = 5 in
PT
: Tube pitch = 11/4 in
C’ : Clearance = PT – OD = 0,25 in
As =
2.
817,25 � 0,25 � 5
Mass Velocity, Gs ;
144 � 1,25
�
3.
Gs = �� =
=
21,5625
180
4593,899 ��� /���
Bilangan Reynold, Res ;
0,119 ��2
= 0,119 ft2
= 38604,1932 lbm/ft2 jam
Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 178,70F :
Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft
Viscositas, � = 0.32 Cp
= 0,774 lbm/ft jam
Res =
�� � ��
�
=
0,06 �� � 38604 ,1932
���
���
�� 2
0,774 ��� /�� ���
= 2992,5731
4.
Dari fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 2992,5731 diperoleh jH = 7
5.
Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 178,70F
Spesifik heat, C = 0,24 Btu/lbm0F
(Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,371 Btu/jam.ft 0F
(App.2-6. Geankoplis)
Universitas Sumatera Utara
��.�
�1/3
�
6.
0.24
=�
���
���
0� � 0,774
���
0,371
���
���
��
.�� 0�
���
�1/3 = 0,7942
Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
�
ho = jH x �� x ��.�
�1/3 x ∅�
�
ℎ�
∅�
7.
=7x
0,371
���
���
�� 0�
0,06 ��
x 0,7942 = 34,3756 Btu/jam ft 0F
Korelasi hi ~ hio ;
��
Hio = hi - �� = 34,3756 Btu/jam ft Of -
1,4375 ��
0,083 ��
= 17,0563 Btu/jam.ft 0F
Fluida Dingin – Tube Side
8.
Flow area tube, At ;
Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,639 in2
At =
9.
�� � ��′
144 � �
=
114,7575 � 0,639 ��2
144 � 2
= 0.2546 ft2
Mass velocity, Ret ;
�
Gt = �� =
6317 ,4196 �� /���
0,2546 ��2
= 24813,117 lbm/ft2.jam
10. Bilangan Reynold, Ret ;
Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 1130F:
Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft
Viscositas, � = 0,62 Cp
= 1,499 lbm/ft jam
Ret =
�� � ��
�
=
0,06�� � 24813 ,117
1,499
���
��
���
���
�� 2
���
= 993,1868
11. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 993,1868
diperolehjH = 5,8
Universitas Sumatera Utara
12. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 1130F
Spesifik heat, C = 1 Btu/lb0F
(Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,365 Btu/jam.ft0F
��.�
�1/3
�
1
=�
���
���
0� � 1,499
0,365
���
���
���
��
���
.�� 0�
(Kern, 1965)
�1/3 = 1,6
13. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
�
ho = jH x �� x ��.�
�1/3 x ∅�
�
ℎ�
∅�
= 5,8 x
0,365
���
���
�� 0�
0,06 ��
x 1,6 = 56,453 Btu/jam ft 0F
14. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;
Uc =
ℎ�� � ℎ�
ℎ�� +ℎ�
17,0563 � 56,453
= 17,0563 +56,453 =
962,8793
73,5093
= 13,0987 Btu/jam ft 0F
15. Faktor pengotor, Rd ;
�� −��
50−13,0987
Rd = �� � �� = 50 � 13,0987 = 0,0563
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure Drop – Shell Side
16. Pada Res = 73073,685 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0013
17. perubahan tekanan , ∆� ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36
5
(Pers. 7.43 Kern, 1965)
Ds = 8/12 = 0,66
�� 0,14
∅ = ���
� =1
Spesifik gravity, S = 1,26 (Tc = 178,70F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
∆� =
=
�.��2 .�� (�+1)
10
5,22.10
215942112 ,9
0,5.1010 .
=
.De .S.∅
0,0028 � (38604 ,1932)2 � 1,4375 � 36
5,22.1010 x 0,06 x 1,26 x 1
= 0,054 psi
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima.
Pressure Drop – Tube Side
17. Pada Ret = 993,1868 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0005
18. Perubahan tekanan, ∆Pt ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36
5
�� 0,14
∅ = ���
� =1
Spesifik gravity, S = 0,98 ( tavg = 1130F)
∆Pt =
=
=
(Pers.7.43 Kern, 1965)
(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)
�.��2 . � . �
5,22.1010 .ID .S.∅
0,0005 � (24813 ,117)2 �15 � 2
5,22.1010 x 0,083 x 0,98 x 1
9235361 ,629
0,42.1010
(Pers. 7.53 Kern, 1965)
= 0,0021 psi
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diteima.
14.
Kondensor (CD-101)
Fungsi
: Menurunkan temperatur serta mengubah fase karbon
disulfida menjadi cair dengan temperature 900C
menjadi 250C
Jenis
: 1-2 Shell & tube exchanger
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 25 0C
Tekanan
: 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan tabel 10, hal 841-843
(Kern,1965)
Tube :
Diameter dalam, ID
: 0,652 in = 0,0543 ft
Diameter luar, OD
: 3/4 in = 0,0625 ft
BWG
: 18
Pitch (triangular), Pt
: 1 in
Passes, n
:2
Panjang, L
: 15 ft
Kapasitas panas, Q
= 702,567 kj/jam = 665,902 Btu/jam
Fluida Panas :
Laju alir fluida masuk, F = 2.651,515 kg/jam = 5.845,590 lbm/jam
Tempeatur masuk,
T1= 90 0C = 194 0F
Tempeatur keluar,
T2 = 250C = 77 0F
Fluida dingin :
Laju alir fluida masuk, F = 1067 kg/jam = 2.352,33 lbm/jam
Temperatur masuk,
t1 = 200C = 68 0F
Temperatur keluar,
t2 = 500C = 1220F
LMTD =
∆�2−∆�1
∆�2
ln
∆�1
63
= ln
8
=
(T1−t2)−(�2−�1)
(�1−�2)
��
(�2−�1)
=
(194−122)−(77−68)
= 30,303 0F
��
(194 −122 )
(77 −68 )
Menentukan nilai ∆t :
Dimana,
R=
�1−�2
�2−�1
�2−�1
194−77
= 122−68 = 2,17
122−68
S = �1−�1 = 194−68 = 0,43
Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 2,17 dan S = 0,43 maka
diperoleh fr = 0,6
Sehingga,
Universitas Sumatera Utara
∆t = LMTD x fT = 30,303 0F x 0,6
= 18,1810F
Temperatur caloric, Tc dan tc ;
Tc =
�1+�2
�1+�2
tc =
=
2
2
=
194 +77
2
68 + 122
2
= 135,50F
= 95 0F
a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), condensor untuk fluida panas
gases dan fluida dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft20F, faktor
pengotor (Rd)= 0,003. Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
�
A = UD x ∆t =
50
665,902 ��� /���
���
���
.��2 0F � 18,181�
= 73,26 ft2
Luas pemukaan luar, a’’ = 0,1963 ft2/ft
�
(Tabel. 10, Kern 1965)
73,26 ��2
Jumlah Tube, Nt = �� �′′ = 15 �� � 0,1963 ��2/��
= 24,88 buah.
b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 30 tube
dengan ID shell 8 in.
c. Koreksi UD
A = L x Nt x a1
= 15 ft x 24,88 x 0,1963 ft2/ft
= 73,259 ft2
�
665,902 ��� /���
UD = � � ∆� = 73,259 ��2 � 18,181 � = 50 Btu/jam ft2 0F
Fluida Panas – Shell Side
1. Flow area shell, As ;
As =
��� � � ′ � �
144 � ��
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Dimana : IDs : diameter dalam shell = 8 in
B
: Baffle spacing = 5 in
Universitas Sumatera Utara
PT
: Tube pitch = 1 in
C’ : Clearance = PT – OD = 0,25 in
As =
8 � 0,25 � 5
144 � 1
10
= 144 = 0,069 ft2
2. Mass Velocity, Gs ;
�
Gs = �� =
4593,899 ��� /���
0,069 ��2
= 66578,2463 lbm/ft2 jam
3. Bilangan Reynold, Res ;
Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 775,80F :
Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft
Viscositas, � = 0.024 Cp
= 0,058 lbm/ft jam
Res =
�� � ��
�
=
0,0608 �� � 66578 ,2463
���
���
�� 2
0,058 �� �/�� ���
= 69792,3685
4. Dri fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 69792,3685 diperoleh
jH = 192
5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 775,80F
Spesifik heat, C = 0,26 Btu/lbm0F
(Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,0288 Btu/jam.ft 0F (App.2-6. Geankoplis)
�
�.� 1/3
�
�
=�
0.26
��� 0
�
���
���
��
0
� 0,058
0,0288
���
��� .��
�
���
1/3
�
= 0,8061
6. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ;
hi = jH x �
ℎ�
= 192 x
∅�
�.� 1/3
�
�
0,0288
x ∅�,
���
���
�� �
0,0608 ��
x 0,8061 = 73,3126 Btu/jam ft 0F
7. Korelasi hi ~ hio ;
��
0,666 ��
Hio = hi - �� = 73,3126 Btu/jam ft Of - 0,0625 ��
Universitas Sumatera Utara
= 62,6566 Btu/jam.ft 0F
Fluida Dingin – Tube Side
1. Flow area tube, At ;
Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,334 in2
�� � ��′
At =
144 � �
=
27,753 � 0,334 �� 2
144 � 2
= 0.032 ft2
2. Mass velocity, Ret ;
�
Gt = �� =
2468 ,7768 �� /���
0,032 ��2
= 77149,275 lbm/ft2.jam
3. Bilangan Reynold, Ret ;
Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 2210F:
Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft
Viscositas, � = 0,21 Cp
= 0,508 lbm/ft jam
Ret =
�� � ��
=
�
0,0608 �� � 77149 ,275
0,508
���
��
���
���
���
�� 2
= 9233,614
4. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 262478,2583
diperoleh jH = 500
5. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 2210F
Spesifik heat, C = 0,45 Btu/lb0F
(Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,376 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)
�
�.� 1/3
�
�
=�
0.45
��� 0
�
���
� 0,058
0,376
���
��
��� 0
�
��� .��
���
1/3
�
= 0,847
6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
Universitas Sumatera Utara
�
ho = jH x �� x �
ℎ�
∅�
= 35 x
0,376
�.� 1/3
���
���
�
�
�� 0�
0,0608 ��
x ∅�
x 0,847 = 183,33 Btu/jam ft 0F
7. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;
Uc =
ℎ�� � ℎ�
ℎ�� +ℎ�
=
62,6566 � 183,33
62,6566 +183,33
=
726,0518
165,358
= 46,69 Btu/jam ft 0F
8. Faktor pengotor, Rd ;
�� −��
50−46,69
Rd = �� � �� = 50 � 46,69 = 0,0014
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat
diterima
Pressure Drop – Shell Side
9. ada Res = 66578,2463 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0015
10. perubahan tekanan , ∆� ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36
5
(Pers. 7.43 Kern, 1965)
Ds = 8/12 = 0,66
�� 0,14
∅ = ���
� =1
Spesifik gravity, S = 1 (t avg = 2210F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965)
∆� =
=
=
�.��2 .�� (�+1)
5,22.1010 .De .S.∅
0,0015 � (66578 ,2463 )2 � 0,66 � 36
5,22.1010 x 0,0608 x 1 x 1
157980105 ,1
0,5.1010 .
= 0,049 psi
Universitas Sumatera Utara
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat
diterima.
Pressure Drop – Tube Side
11. Pada Ret = 9233,614 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f= 0,0003
12.Perubahan tekanan, ∆Pt ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36 (Pers.7.43 Kern, 1965)
5
��
∅ =��� �
0,14
=1
Spesifik gravity, S = 0,3 ( tC = 775,80F)
(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)
∆Pt =
=
=
�.��2 .� .�
5,22.1010 .ID .S.∅
(Pers. 7.53 Kern, 1965)
0,0003 � (77149 ,275)2 �15�2
5,22.1010 x 0,0608 x 0,3 x 1
53568095 ,7
0,15.1010
= 0,056 psi
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Condensor dapat
diteima.
15.
Pompa (P-101)
Fungsi
: Mengalirkan Karbon disulfida cair dari kondensor
(CD-101) ke storage tank
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan kontruksi
: Commersial steel
Temperatur
: 250C
Tekanan
: 1 atm
Laju alir massa, F
= 2.651,515 kg/jam = 1,62 lbm/s
Universitas Sumatera Utara
Densitas, �
= 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3 = 25,056 lbm/ft3
1,62 ��� /�
�
Laju alir volumetric, Q = � = 25,056 ��� /��3 = 0,0647 ft3 / s
Perencanaan Pompa
a. Diameter pipa pompa, De :
= 0,363 x Q0,45 x �0,13
Di,opt
0,45
= 0,363 x (0,0647)
(Timmerhaus, 2004)
x (25,056)0,13
= 0,16 ft = 1,92 inc
Dipilih material pipa commercial steel 2 in sch 40 (Ken, 1965), maka
Diameter dalam (ID)
= 2,067 in = 0,1723 ft
Diameter luar (OD)
= 2,38 in = 0,1983 ft
Luas penampang pipa (Ai)
= 0,0233 ft2 (inside sectional area)
b. Pengecekan Bilangan Reynold, NRe
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
�
v=�=
0,0647 ��3/�
0,0233 ��2
= 2,78 ft/s
sehingga :
Bilangan Reynold, NRe=
� .� . ��
�
=
25,056 � 2,78 � 0,1723
0,0532
= 225,631
Berdasarkan nilai NRe = 225,631yang merupakan jenis aliran laminar,
maka diperoleh :
f
= 16/225,631 = 0,0709
(Geankoplis, 1979)
c. Panjang ekivalen total perpipaan (∑L)
Instalasi pipa :
-
Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft
-
2 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Foust, 1980)
L2 = 3 x 15 x 0,2557 = 6,65 ft
-
3 buah elbow standar 900C (L/D =30)
(Foust, 1980)
L3 = 3 x 30 x 0,2557 = 23,01 ft
-
1 buah sharp edge entrance (K = 0,5 ; L/D = 16)
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
L4 = 1 x 16 x 0,2557 = 4,09 ft
-
1 buah sharp edge exit (K = 1 ; L/D = 36)
(Foust, 1980)
L5 = 1 x 36 x 0,2557 = 9,21 ft
Maka,
∑L
= L1 + L2 + L3 + L4+ L5
= 30 + 6,65 + 23,01 + 4,09 + 9,21
= 72,96 ft
d. Menentukan friksi, ∑F :
∑F =
=
=
4 �.�2 ∑�
2.�� .�
4�0,0709�(2,78)^2 � 72,96 ��
2�32,174 ��� .
159,912 ��3/�2
11,0872 ��� .
��
.�2
���
�� 2
.�2
���
(Geankoplis, 1983)
� 0,1723 ��
= 14,4234 ft.lbf / lbm
e. Kerja yang diperlukan, -Wf :
� 22 −� 21
2.��
+
� (�2−�1)
��
Bila :
+
�2−�1
�
+ ∑F + Wf = 0 (Geankoplis, 1983)
Wf
=0
Z1
=0
;Z2
= 3 ft
v1
=0
;v2
= 2,0386 ft/s
P1
= 1 atm = 14,696 lbf/in2 = 2.117,92 lbf/ft2
Maka :
2,1853 2 −0
2 � 32,174
+
32,174 (3−0)
32,174
+
0,0742 + 3 + 14,4234 +
P1
2117 ,92−�1
25,056
2117 ,92−�1
25,056
+ 14,4234 + 0 = 0
=0
= 2.556,34 lbf/ft2
1 ��2
= 2.556,34 lbf/ft2 x 144 �� 2 = 17,7524 lbf/in2
Sehingga,
-Wf
=
2.556,34 −2.117,92
25,056
+ 87,3684 + 3 + 14,4234
Universitas Sumatera Utara
= 122,289 ft.lbf/lbm
f. Daya pompa, Ws :
Ws
=
−�� .�.�
=
122,289 ��
550
���
���
�� 3
� 25,056
�
���
�� . .ℎ�
�
� 0,0647
550
��� /��3
= 0,36 hp
Untuk efisiensi alat 80%, maka :
Tenaga pompa yang dibutuhkan =
0,36
0,8
= 0,45 hp (Geankoplis, 1983)
Maka dipilih pompa yang berdaya motor ½ hp
16.
Storage Tank (T-101)
Fungsi
: Untuk menyimpan karbon disulfida
Bentuk
: Silinder Vertikal dengan dasar datar dan tutup
ellipsoidal
Bahan Kontruksi
: Carbon steel C-SA-316
Jumlah
: 2 unit
Temperatur
: 25 0C
Tekanan
: 1 atm
Kebutuhan perancangan
= 7 hari = 168 jam
Faktor kelonggaran
= 20 %
Laju alir
= 1742,180 kg/jam
Densitas, (�)
= 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3
Laju volumetric bahan, V
=
1.742,180 kg /jam
400,475 kg /m3
= 4,3502 m3/jam
Pehitungan :
a. Volume bahan, Vc
= 4,3502 m3/jam x 168 jam
= 7308,33 m3
Volume tangki, VT
= ( 1 + 0,2 ) x 7308,33 m3
= 8769,996 m3
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan jumlah storage tank sebanyak 2 unit, sehingga volume masingmasing tangki = 667,386 m3
b. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan perbandingan diameter dengan silinder tangki D:H = 3 : 2
Volume shell tangki (Vs) :
�
1
Vs = 4 �Di2H = 4 D2�32 �� = 1,1775 D
Tutup tangki ellipsoidal dengan rasio axis terhadap minor = 2 :1
Tinggi head, Hd = 1/6 x D
(Brownell dan Young, 1959)
Volume tutup ellipsoidal, Vh = Vs =
Maka : Vt = Vs + Vh
1
4
�Di2H =
�
4
D2�16 �� = 0,1304 D
= 1,1775 D3 + 0,1304 D3
= 1,3079 D3
��
1/3
D =�1,3079 �
1334 ,772 1/3
=�
1,3079
�
=
NERACA MASSA
Kapasitas Produksi
: 15.000,00 ton/tahun
Basis Perhitungan
:1 Jam Operasi
Satuan Massa
:Kilogram
Satu Tahun Operasi
: 300 hari
Satu Hari Operasi
: 24 Jam
Produksi Karbon Sulfida
=
15.000,00 ton
1 tahun
x
1000 kg
1 ton
1 tahun
1 hari
x 300 hari x 24 jam
= 2.083,3333 kg/jam
Berdasarkan data produksi tersebut dan proses-proses yang berlangsung maka akan
dibutuhkan data kapasitas bahan baku sebesar 66,74 kg/jam tempurung kelapa dan
735, 843 kg/jam sulfur.
Komposisi arang tempurung kelapa dapat dilihat pada tabel LA.1 dibawah ini
Tabel LA.1 :Asumsi kadar arang tempurung kelapa
Komponen
Asumsi Kadar (%)
Karbon
76,32
Air
4,20
Abu
13,08
Nitrogen
0,11
Oksigen
6,29
Total
100
Universitas Sumatera Utara
LA.1 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-101)
F1Arang tempurngkelapa
BE 101
F1
Arang Tempurung Kelapa
Keterangan : Fin = Fout = F1
F1 = 2.612,9827kg/jam
LA.2 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-101)
Arang tempurung kelapa
F1
ArangTempurungKelapa
F1
Keterangan : Fin = Fout = F1
F1 = 2.612,9827kg/jam
LA.3 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-101)
Arang tempurung kelapa
Universitas Sumatera Utara
F1
Ss - 101
F2
F3
Arang tempurung
Arang tempurung kelapa
kelapa reject
Asumsi : Efisiensi alat pada vibrating screen adalah 85%.
Neraca Massa komponen :
Alur 1
F1Arang Tempurung
= 0,7632
x 2.612,9827 = 1.994,228
kg/jam
F1Air
= 0,042
x 2.612,9827 = 109,745
kg/jam
F1Abu
= 0,1308
x2.612,9827 = 341,778
kg/jam
F1Nitrogen
= 0,0011
x2.612,9827 = 2,874
kg/jam
F1Oksigen
= 0,0629x 2.612,9827
= 164,357
kg/jam
F3Karbon
= 1.994,228
x 0,85
= 1.695,094
kg/jam
F3Air
= 109,745
x 0,85
= 93,283
kg/jam
F3Abu
= 341,778
x 0,85
= 290,511
kg/jam
F3Nitrogen
= 2,874
x 0,85
= 2,443
kg/jam
Alur 3
Universitas Sumatera Utara
F3Oksigen
= 164,357
x 0,85
= 139,703
kg/jam
F2Karbon
= 1.994,228
-1.695,094
= 299,134
kg/jam
F2Air
= 109,745
-93,283
= 16,462
kg/jam
F2Abu
= 341,778
-290,511
=51,267
kg/jam
F2Nitrogen
= 2,874
-2,443
= 0,431
kg/jam
F2Oksigen
= 164,357
-139,703
= 24,653
kg/jam
Alur 2
F2 = F1 – F3
LA.4 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-101)
F3
Arang Tempurung Kelapa
BC-101
F3ArangTempurungKelapa
Keterangan : Fin = Fout = F3
F3total = 2221,035 kg/jam
LA.5 Kalsinasi ( RK-101 )
Air
Volatile
Universitas Sumatera Utara
F4
Kalsinasi
3 5
FF
ArangTempurungKelapa
Karbon, Abu
Asumsi : Efisiensi alat 100% dikarenakan semua bahan yang bersifat volatil teruap
dengan sempurna, sehingga akan diperoleh karbon danabu pada alur 5 :
Neraca Massa Total :
F3 = F4 + F5
Neraca Massa Komponen :
Alur 3
F3Karbon
= 1.695,094
kg/jam
F3Air
= 93,283
kg/jam
F3Abu
= 290,511
kg/jam
F3Nitrogen
= 2,443
kg/jam
F3Oksigen
= 139,703
kg/jam
F4Air
=93,283
x 100%
= 93,283
kg/jam
F4Nitrogen
= 2,443
x 100%
= 2,443
kg/jam
F4Oksigen
= 139,703
x 100%
= 139,703
kg/jam
F5Karbon
= 1.985,605
-0
= 1.985,605
kg/jam
F5Abu
= 290,511
-0
= 290,511
kg/jam
Alur 4
Alur 5
F5 = F3 – F4
Universitas Sumatera Utara
F5Air
= 93,283
- 93,283
=0
F5Nitrogen
= 2,443
- 2,443
=0
F5Oksigen
= 139,703
- 139,703
=0
LA.6 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-102)
F5
Karbon
Abu
BC-102
F5Karbon , Abu
Keterangan : Fin = Fout = F5
F5total = 1985.605 kg/jam
LA.7 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-102)
F6Sulfur
BE 102
F6Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F6
Universitas Sumatera Utara
F6= 20,9038 kg/jam
LA.8 Neraca Massa pada Roller Mill (FR-102)
Sulfur
F6
FR-102
F6Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F6
F6 = 20,9038 kg/jam
LA.9 Neraca Massa pada Vibrating Screen (SS-102)
Sulfur
F6
Ss - 102
F7
F8
Sulfur Reject Sulfur
Universitas Sumatera Utara
Asumsi : Efisiensi alat pada Vibrating Screen adalah 85%
Neraca Massa total :
F6 = F7 + F8
Neraca Massa Komponen :
Alur 6
F6sulfur
= 20,9038 kg/jam
Alur 8
F8sulfur
= 20,9038 x 0,85 = 17,7682 kg/jam
Alur 7
F7 = F6 – F8
F7sulfur reject
= 20,9038 – 17,7682 = 3,1356 kg/jam
LA.10 Neraca Massa pada Belt Conveyor (BC-103)
F8
Sulfur
BC-103
F8Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F8
F8 total = 17,7682 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LA.11 Neraca Massa pada Bucket Elevator (BE-103)
F8 Sulfur
BE 103
F8 Sulfur
Keterangan : Fin = Fout = F8
F8 total = 17,7682 kg/jam
LA.12 Reaktor (R-101)
Sulfur
F8
Reaktor
F5Karbon
F9Abu
F10KarbonDisulfida
Universitas Sumatera Utara
Asumsi : efisiensi alat 80% sehingga 20% debu masih terdapat di alur 9
Neraca Massa Total :
F5 + F8 = F10 + F9
Di dalam reaktor dilakukan penambahana sulfur agar dapat bereaksi menjadi CS2
dengan reaksi :
C + 2S
CS2 dimana penambahan sulfur sebanyak 20% dari total bahan
volatil, untuk menggantikan bahan yang sudah menguap tersebut ( air, , nitrogen,
oksigen ).
Neraca Massa Komponen :
Alur 5
F5karbon
= 1.985,605
kg/jam
F5debu
= 290,511
kg/jam
Alur 8 :
Total bahan yang bersifat Volatil = 235,429 kg/jam
F8sulfur = 0,2 x 235,429 = 47,0858kg/jam
Alur 9 :
F9debu = 0,8 x 290,511 = 232,4088kg/jam
Alur 10:
F10karbon disulfida = 1985,605+ 47,0858
= 2032,6908 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F10debu
= 290,511–232,4088 = 58.1022
kg/jam
LA.13 Neraca Massa pada Cyclone (FG-101)
F12
CS2Abu
F10 CS2
Abu
Asumsi
:Efisiensi
98%
F11
sehinggadebusebagairesidumasihterikatsebesar
2%
padaproduk (alur 12).
Neraca MassaTotal :
F10 = F11 + F12
Neraca Massa Komponen :
Alur 10
F10 karbon disulfida
= 2.032,6908kg/jam
F10 debu
= 58.1022kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Alur 11
F11 debui
= 58.1022x 98% = 56,9401 kg/jam
Alur 12
F12CS2 = F12CS2
F12karbon disulfida
= 2.032,6908kg/jam
F12debu
= 58.1022– 56,9401
= 1,1621 kg/jam
LA.14 Cooler (CO-101)
Di dalam Cooler 1 karbon disulfida didinginkan suhunyadari suhu 900 0C
sampai 500 oC
Cooler
Karbon Disulfida
karbon disulfida
F12
Neraca Massa Total : F12
F13
=
F13
2.032,6908kg/jam= 2.032,6908kg/jam
LA.15 Condensor (CD-101)
Di dalam Condensor karbon disulfida didinginkan hingga suhunya menjadi
25 - 300C.
Condensor
Karbon Disulfida
karbon disulfida
F14
Neraca Massa Total : F14
F15
=
F15
Universitas Sumatera Utara
2.032,6908kg/jam= 2.032,6908kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Basis Perhitungan
: 1 Jam operasi
Temperatur Referensi
: 25oC = 298,150K
Satuan
: kj/jam
Tabel LB.1 Kapasitas Panas Fasa Gas CpgT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
A
B
C
d
E
Nitrogen
29,41
-3,01.10-3
5,45.10-6
5,13.10-9
-4,25.10-12
Oksigen
29,88
-1,14.10-2
4,34.10-5
-3,70.10-8
1,01.10-11
Udara
28,94.10-3
0,415.10-5
0,319.10-8
-1,965.10-12
-
CS2
3,3099.101
1,0617.10-2
2,7593.10-4
3,4217.10-7
1,3029.10-10
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.2Kapasitas Panas Fasa Liquid CplT0K = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
a
B
C
d
E
H2O
1,82964.101
4,72118.10-1
-1,33878.10-3
1,31424.10-6
-
CS2
1,7415.101
5,5453.10-1
1,7234.10-3
2,0757.10-6
-
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.3Kapasitas panas solid CpsT0K = a + Bt
A
B
Universitas Sumatera Utara
C
2,673
0,00261
S
3,63
0,00640
0,1800
0,000078
Abu
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.4Panas Laten (kj/mol)
∆HVL
H2O
40656,2
CS2
26334,4
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Tabel LB.5Entalpi Pembentukan (kj/mol)
∆H0f
CS2
117,0683
(Sumber : Reklaitis, 1983)
Perhitungan Kapasitas panas (Cp) :
Rumus yang digunakan adalah : A + BT + CT2 + DT3 +ET4
(Reklaitis, 1983)
1. Karbon
Pada 4000C = 673,150K
673,15
�
∫298,15 ���� = ∫�� 2,673 + 0,00261 (673,15 – 298,15) - (
= 3,33080556 Kj/Kmol.K
116900
673,15 2 −298,15 2 )
2. Air, H2O
Universitas Sumatera Utara
�
�
∫�� ���� = ∫�� 18,2964 + 0,472118 (673,15 – 298,15) -
298,152) +
1,3142 .10 −6
3
0,0013388
2
(673,152 –
(673,153 – 298,153)
= 73,5384115 Kj/Kmol.K
3. Abu
Cp = 0,18 + 0,000078 T
= 0,18 + 0,000078 (673,15)
= 0,2325057 Kj/Kmol.K
4. Nitrogen
�
�
∫�� ���� = ∫�� 29,4119– 0,00300681 (673,15 – 298,15) +
5,13186 .10 −9
(673,152 – 298,152)+
4,2531 .10 −12
4
3
5,45 −6
2
(673,153 – 298,153) –
(673,154 – 298,154)
= 32,21757233 Kj/Kmol.K
5. Oksigen
�
�
∫�� ���� = ∫�� 29,8832 – 0,011384 (673,15 – 298,15) +
3,7006 .10 −8
(673,152 – 298,152)–
1,01006 .10 −11
4
3
4,33779 −5
2
+ (673,153 – 298,153) +
(673,154 – 298,154)
= 117,0841911 Kj/Kmol.K
Pada 9000C = 1173,150K
6. Sulfur (S)
= 3,63 + (0,0064) (303,15)
= 5,570 Kj/Kmol.K
Universitas Sumatera Utara
7. Karbon Disulfida (CS2)
�
�
∫�� ���� = ∫�� 33,099 + 0,010617 (1173,15 – 298,15) (1173,152 – 298,152) +
4
3,4217 .10 −7
3
0,00027593
2
(1173,153 – 298,153) +
1,3029.10 −10
4
4
(1173,15 – 298,15 )
= 462,574 Kj/Kmol.K
8. Abu
= 0,18 + 0,000078 (673,15)
= 0,23251 Kj/Kmol.K
Keterangan :
T = Temperatur Operasi
Tr = Temperatur Referensi
1. Rotary Kiln (RK-101)
Fungsi : Tempat berlangsungnya penguapan kandungan arang tempurung
kelapa yang bersifat volatil sehingga tersisa di dalam arang tempurung kelapa
hanyalah karbon dan debu.
4000C
Bahan Volatile
Tempurung kelapa
( H2O, O2, N2 )
4
Kalsinasi
4000C
3
ArangTempurungKelapaCS2 500oC
5Karbon
Abu
A. Panas Masuk Alur 3
Panas masuk pada alur 3, Q3 =∑3����� �����
(Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
Alur 3
Q3karbon
303,15
= N3karbon ∫298,15 ����
= 11,771 (3,330805561)
= 39,20691 kj/jam
Q3Abu
303,15
= N3Abu ∫298,15 ����
= 2,0175 (0,2325057)
= 0,46908kj/jam
Q3H2O
673,15
= N3H2O ∫298,15 ����
= 0,287 (73,53841147)
= 21,105 kj/jam
Q3Nitrogen
673,15
= N3Nitrogen∫298,15 ����
= 0,0124642 (32,21757233)
= 0,4015 kj/jam
Q3Oksigen
673,15
= N3Oksigen∫298,15 ����
= 0,5456 (117,0841911)
= 63,88113 kj/jam
Q3 Total
= 1250.6362 kJ/jam
B. Panas Keluar Alur 5 pada 5000C
Panas keluar pada alur 4 dan 5, Q= ∑������ �����
(Reklaitis,1983)
Alur 5
Q5total
= Q5karbon + Q5Debu
Q5karbon
= N5karbon ∫298,15 ����
673,15
= 141,2578333 (3,330805561)
= 470,5023768 kj/jam
Q5Abu
673,15
= N5Abu ∫298,15 ����
= 24,20925 (0,2325057)
= 5,628788618 kj/jam
Q5Total
= 476,1311655
kj/jam
Universitas Sumatera Utara
C. Panas Keluar Alur 4
Q4H2O
673,15
= N4H2O ∫298,15 ����
= 5,182388889 (73,53841147)
= 381,1046465 kj/jam
Q4Nitrogen
673,15
= N4Nitrogen∫298,15
= 0,1745 (32,21757233)
= 5,621966371 kj/jam
Q4Oksigen
673,15
= N4Oksigen∫298,15
= 8,7314375 (117,0841911)
= 1022,313297 kj/jam
Q4Total
= 1409,03991
kj/jam
Dengan demikian, Qkeluar = Q5total + Q4total = 1885,171075 kj/jam
Sehingga,
dQ / dT
= Q keluar – Q masuk
Qmasuk = Qkeluar
3493,37 + 1.250,6362 = 1718,838 + panas bahan keluar (500oC)
Panas bahan keluar
= 2915,21 kJ/jam
Massa CS2 yang digunakan :
dQ/dT
= m cp dt
2915,21 = m 70,04 (475)
m
= 0,0876 kg/jam
2. Reaktor ( R-101)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi : tempat terjadi reaksi antara karbon dan sulfur dalam fase gas pada
temperatur 9000C dan tekanan 1 atm.
Sulfur
8
R-101
0
0
500 C900 C
9KarbonDebu 5
Karbon ,Debu
9000C
10Debu
A. Panas Masuk Alur 5
Alur 5 = 724,648 kj/jam
Alur 8 panas masuk pada 300C
Panas keluar pada alur 8, Q8 = ∑8
Q8Sulfur
(Reklaitis,1983)
303,15
= N8sulfur ∫298,15
= 0,5550875 (5,57016)
= 3,091926 kj/jam
Qmasuk = Q5 + Q8= 724,648 kj/jam + 3,091926 kj/jam
= 727,739926 kj/jam
B. Panas Keluar Alur 9
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar pada alur 9, Q9 = ∑9
Q9abu
Q9Abu
(Reklaitis,1983)
1173,15
= N9abu ∫298,15
1173,15
= N9Abu ∫298,15
= 19,3674 (0,2715057)
= 5,25835949 kj/jam
C. Pansa Keluar Alur 10
Panas keluar pada alur 10, Q10 = ∑10
(Reklaitis,1983)
1173,15
= N10K.Disulfida ∫298,15
Q10K.Disulfida
= 26,697454 (462,574)
= 12349,54809kj/jam
Q10Abu
1173,15
= N10Abu ∫298,15
= 4,84185 (0,2715057)
= 1,31458987 kj/jam
Qkeluar
= Q9total + Q10total = 12350,86268 kj/jam
Sehingga,
dQ / dT
= Q keluar – Q masuk
= 12350,86268 Kj / jam – 727,739926Kj / jan
= 11623,12275 Kj / jam
Reaksi :
C + 2S
CS2
Agar temperatur pada R-102 menjadi 9000C maka perlu digunakan energi listrik
dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101) sebanding dengan dQ/dT.
Universitas Sumatera Utara
Maka besar energi listrik yang digunakan pada Reaktor (R-101) elektrik tersebut
adalah sebesar :
dQ/dT
= 11623,12275Kj/jam
= 11623,12275Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec
= 3228,64Kw
3. Cooler (CO-101)
Fungsi : Untuk menurunkan temperatur bahan dari 500 o C sampai temperatur
900C.
200C
Udara Pendingin
CO-101
0
500 C
12KarbonDisulfida
KarbonDisulfida
900C600C UdaraPendinginBekas
A. Panas Masuk Pada Alur 12
dQ / dT (13)
= 3494,875 kj/jam
B. Panas Keluar pada alur 14
Universitas Sumatera Utara
dQ / dT (15)
CS2
373,15
= NKarbon Disulfida(l) ∫298,15
Massa
BM
1.742,180
76,138
N
CpdT
dQ/dT
22,88187239 42,46799815 971,7473142
Maka,
dQ / dT
= Qkeluar - Qmasuk
= 971,7473142 kJ/jam - 10585,550 Kj/jam
= -9613,803 kJj/jam
Agar temperatur pada CO-101 dan produk temperatur keluar pada alur
14900C maka perlu digunakan udara pendingin. Temperatur udara pendingin
yang digunakan 200C dengan Cp udara 0,0289 kJ/kg.K, 1 atm dan
diasumsikan temperatur udara pendingin keluar 600C sebagai kondensat.Cp
udara pada 600C adalah 0,0291 kj/kg.K.
Maka,
dQ/dT 12 = dQ/dT 13
3494,875 + (-0,145m) = 1309,046 + 1,0185m
m = 1878,67 kg/jam
Jumlah udara pendingin yang dibutuhkan adalah, m =1878,67 kg/jam
4. Condensor (CD-101)
Fungsi : untuk menurunkan temperatur produk dari 900C menjadi 250C
dengan menggunakan air sebagai media pendingin.
20 oC
Air Pendingin
CD-101
Universitas Sumatera Utara
900C CS2
14 Karbon Disulfida
500C
250C
CS2
A. Panas Masuk Pada Alur 13
dQ / dT (13)
= 1309,046 kj/jam
B. Panas Keluar pada alur 14
CS2
Massa
BM
N
CpdT
dQ/dT
1.742,180
76,138
22,88187239
17,415
398,488
Maka,
dQ / dT
= Qkeluar - Qmasuk
= 398,488 kJ/jam - 971,747 Kj/jam
= -573,260 kj/jam
Agar temperatur pada CD-101 dan produk temperatur keluar pada alur 14
900C maka perlu digunakan air pendingin. Temperatur air pendingin yang
digunakan 200C, 1 atm dan diasumsikan temperatur air pendingin keluar 500C
sebagai kondensat.Cp air pada 500C adalah 22.874 kj/kg.K. Maka,
dQ/dT 13 = dQ/dT 14
1309,046 + (-86,7m) = 606,479 +571,85m
m = 1,067 kg/jam
Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, m= 1,067kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT
1.
Gudang bahan baku (G-101)
Fungsi
:Menyimpan bahan baku arang tempurung kelapa,
direncanakan untuk kebutuhan 7 hari.
Bahan konstruksi
: Beton
Bentuk
: Persegi
= 30oC
Kondisi penyimpanan : Temperatur
Tekanan
= 1 atm
Kebutuhan arang tempurung
= 2.612,9827 kg/jam
Kebutuhan arang tempurung
= 2.612,9827 kg/jam x 24 jam/hari x 7 hari
= 438.981,0936 kg
Densitas arang tempurung,ρ
= 400,475 kg/m3
Volume arang tempurung, V =
�
ρ
=
(Perry,1984)
438.981,0936 kg
400,475 kg /m3
= 1.096,1510 m3
Faktor kelonggaran (fk)
= 20%
Volume gudang
= (1+ 0,2) x 1.096,1510 m3
= 1.315,3812 m3
Gudang direncanakan beukuran p : l : t = 2 : 2 : 1
Volume gudang (V)
=pxlxt
= 4t3
= 2t x 2t x t
3
�
3
= �4 = �
Tinggi gudang (t)
1.315,3812
4
= 6,9023 m
Sehingga, panjang (p) = 2 x 6,9023 = 13,8047 m
Lebar (l)
= 2 x 6,9023 = 13,8047 m
Kesimpulan perancangan :
Kebutuhan arang tempurung
= 2.612,9827kg/jam
Volume gudang
= 1.315,3812m3
Panjang gudang
= 13,8047m
Lebar gudang
= 13,8047m
Universitas Sumatera Utara
2.
Tinggi gudang
= 6,9023m
Jumlah
= 1 unit
Bucket Elevator (BE-101)
Fungsi
: Mengangkut arang tempurung kelapa dari gudang
penyimpanan ke Rooler Mill (FR-101)
Jenis
: Spaced-Buckrt Centrifugal-Discharge Elevator
Bahan
: Malleable-iron
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi :Temperatur (T)
Tekanan (P)
= 300C
= 1 atm
Laju bahan yang diangkut
= 2.612,9827kg/jam
Faktor kelonggaran, fk
= 12%
Kapasitas bucket elevator
= (1 + 0,12) x 2.612,9827kg/jam
(Tabel 28-8, Perry, 1999)
= 2.926,5406kg/jam
Untuk bucket elevator kapasitas < 14 ton/jam, (Tabel 21-8, Perry, 1999)
Spesifikasi :
o Tinggi elevator
= 25 ft = 7,62 m
o Ukuran bucket
= (6 x 4 x41/4) in
o Arang Tempurung antar bucket
= 12 in = 0,305 m
o Kecepatan Bucket
= 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt
= 1,143 m/s
o Kecepatan Putaran
= 43 rpm
o Lebar belt
: 7 in = 0,1778 m =17,78 cm
Perhitungan daya yang dibutuhkan (P) :
P = 0,07 m0,63 ∆Z
( Timmerhaus,2004)
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
∆Z
= tinggi elevator (m)
m = 2.894,9601 kg/jam = 0,7258 kg/s
∆Z = 25 ft = 7,62 m
Maka :
P = 0,07 x (0,7258)0,63 x 7,62
= 0,4358 kW x
1,341 ℎ�
1 ��
= 0,5845 hp
Kesimpulan perancangan :
3.
Kebutuhan
= 2.612,9827kg/jam
Daya motor
= 0,5845hp
Jumlah
= 1 unit
Rooler Mill (FR-101)
Fungsi
:
Memperkecil
ukuran
arang
tempurung
kelapadarigudang penyimpanan (G-101) sebelum ke
unitRotary Kiln (RK-101).
Jenis
: Double Toothed-Roll Crusher
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel
Kondisi Operasi
: Temperatur (T)
: 300C
Tekanan (P)
: 1 atm
Laju arang tempurung
= 2.612,9827kg/jam
Faktor kelonggaran, fk
= 20%
Kapasitas
= (1 + 0,2) x 2.612,9827kg/jam
= 3.135,5792 kg/jam= 3.1355 ton/jam
Spesifikasinya Roller Milladalah sebagai berikut (Tabel 12-8b Walas, 1988) :
Universitas Sumatera Utara
• Diameter ukuran roll
: 15,75 in
= 1,31 ft
• Face ukuran roll
: 24,0 inch
= 2 ft
• Berat balls
: 2,4 lb = 1,09 kg
• Kecepatan roll
: 200 rpm
• Kapasitas
: 3-15 ton/jam
• Daya motor yang digunakan
: 5 Hp
Kecepatan kritis =�
76,6 1/2
�
�
76,6 1/2
=�0,25 �
Daya pada skala laboratorium (Ne)
= 17,5043 rpm
= 22,26Hp
(Perry, 1999)
Diambil efisiensi
= 70%
Kecepatan Mill (k)
= Nm x D x 2,2046 x 10-3
= 200 rpm x 1,31 x 2,2046 x 10-3
= 0,578 rpm
= (0,7 x l – 1) x k x (0,5D)2 x 22,26
Daya penghancur (P)
= (0,7 x 2 – 1) x 0,578 x (0,5 x 0,25)2 x22,26
= 0,0303 kW x 1,341
= 0,0406 Hp
Kesimpulan perancangan :
4.
Kapasitas
: 2.612,9827kg/jam
Daya motor
: 5 Hp
Jumlah
: 1 Unit
Vibrating Screen (SS-101)
Fungsi
:
Memisahkan
arang
tempurung
kelapa
dari
ukuranbesarmenjadi ukuran 20 mess
Jenis
: Vibrating Screen
Bahan Konstruksi
: Stainless Steel
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 30 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju umpan (F)
: 2.612,9827kg/jam
Faktor kelonggaran,fk
= 20%
Kapasitas vibrating screen
= ( 1 + fk ) x F
(Perry,1999)
Universitas Sumatera Utara
= ( 1 + 0,2 ) x 2.612,9827kg/jam
= 3.135,5792 kg/jam
Ayakan yang dipilih :
(Perry,1999)
• No ayakan
= 18 (1,00 mm)
• Bukan ayakan
= 1 mm = 0,0394 in
• Diameter wire
= 0,580 mm = 0,0228 in
• Tyler equivalent
= 16 mesh
Menghitung faktor bukaan-area (Foa), Foa = 100 a2.m2
Dimana :
a = bukaan ayakan = 0,0394 in
d = diameter wire = 0,0228 in
1
m
= �+� ,
1
= 100 a2. ��+� �
Foa
2
1
2
= 100 (0,0394)2.�(0,0394)+(0,0228 )� = 40,125 %
0,4��
Perhitungan luas screen (A), A = �� .�����
Dimana : Ct = laju bahan yang lewat = 2.612,9827kg/jam = 2.221,0352 ton/jam
Cu = unit kapasitas = 0,32 ton/h.ft2
(Perry,1999)
Foa = faktor bukaan-area = 0,4012
Fs = faktor slotted area = 1,5
A=
0,4.(2,4606
���
(0,32
ℎ
���
ℎ
)
.��2)(0,4012 )(1,5)
(Perry,1999)
= 5,1107 ft2
Menentukan panjang (P) dan lebar (L) ayakan :
Fs = P : L = 1,5 ; P = 1,5 L
A = P x L = 1,5L x L = 1,5 L2
�
1/2
L = �1,5�
= 1,8458 ft = 0,5626 m
P = 1,5 (0,5626 m) = 0,8439 m
Universitas Sumatera Utara
Untuk kapasitas 2,6129ton/h, dipilih spesifikasi
Kecepatan getaran
: 3600 vibrasi/menit
Daya
: 4 hp
(Mc.Cabe, 1985)
Kesimpulan perancangan :
5.
Kapasitas
: 2.612,9827kg/jam
Luas screen
: 7,0206 ft2
Panjang
: 0,8439 m
Lebar
: 0,5626 m
Jumlah
: 1 unit
Belt Conveyor (BC-101)
Fungsi
:
Mengangkut
arang
tempurung
kelapa
dari
vibratingscreen menuju rotary kiln
Jenis
: Horizontal Belt Conveyor
Material
: Commercial Steel
Temperature
: 30 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan yang diangkat
= 2.221,0352 kg/jam
Faktor kelonggaran
= 30%
(Tabel 21-5, Perry, 1999)
Kapasitas belt conveyor
= (1+0,3) x 2.221,0352kg/jam
= 2.287,6662 kg/jam
= 2,2876 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai
berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
•
Lebar belt
= 14 in = 35 cm
•
Luas area
= 0,11 ft2 = 0,010 m2
•
Kecepatan belt normal
= 200 ft/menit = 61 m/menit
•
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit = 91 m/menit
Universitas Sumatera Utara
•
Belt plies minimum
=3
•
Belt plies maksimum
=5
•
Kecepatan belt
= 100 ft/menit = 30,5 m/menit
•
Daya motor yang digunakan
= 0,30 Hp
Perhitungan power yang dibutuhkan :
Hp = TPH [(H 0,0020) + (V 0,001)] C (Perry 3rded.p.13-55)
Keterangan :
TPH
= Kapasitas, ton/jam
H
= jarak horizontal, ft
V
= jarak vertical, ft
C
= faktor bahan yang diangkut = 2 (Perry 3rded.p.13-56)
Jadi Hp = 2.221[(20 sin20 (0,001))+(20 cos 20 (0,002))] 2
= 2.221 [0,006+0,038] 2
= 0,30 hp
Kesimpulan perancangan :
6.
Kapasitas
= 2.221,0352kg/jam
Lebar belt
= 14 inc
Kecepatan
= 30,5 m/menitL
Kemiringan
= 20o
Rotary Kiln
Fungsi
:
Untuk
memanaskan
arang
tempurung
dan menguapkan gas-gas volatil yang terdapat
Universitas Sumatera Utara
dalam
arang
tempurung
kelapa
dengan
0
pemanas hingga temperatur 400 C.
Jenis
: Single Shell Direct Heat Rotary Kiln
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 400 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan masuk
= 2.221,0352kg/jam
Laju bahan keluar (produk)
= 1985,606 kg/jam
Zat volatile yang diuapkan
= 235,430 kg/jam
Suhu Feed
= 30 oC
Suhu Produk
= 400 oC
A.
Perancangan Dimensi Rotary Kiln dan Bahan Konstruksinya
a. Mencari diameter rotary kiln
Mc
D=
π G
4
1/ 2
(Perrys edisi 3 hal.833)
Dimana :
Mc
: laju bahan masuk (lb/jam)
= 2.221,0352kg/jam =4.442,0704 lb/jam
G
: laju flue gas untuk rotary kiln
= 0,5-5 kg/m2dtk
= 400-4000 lb/ft2jam
4.442,0704
D=
3,14 400
4
(Perry’s ed 7 hal 12-55)
1/ 2
= 3,76 ft
Diameter dalam Kiln = 3,76 ft = 1,48m
b. Menghitung volume Bahan
Bahan masuk
= 2.221,0352kg/jam = 4.442,0704 lb/jam
Densitas bahan
= 400,475 kg/m3 = 25,00lb/ft3
Universitas Sumatera Utara
Diasumsikan waktu tinggal = 30 menit =0,5 jam
Berat bahan
= 4.442,0704 lb/jam x 0,5 jam = 2.221,0352 lb
Volume
= berat bahan / densitas
2.221,0352
V =
=88,84 ft3 = m3
25,00
c. Menghitung volume selinder
Volume bahan dari rotary kiln = 3% - 12% dari volume rotary kiln
(ulrich, tabel 4-10 hal 132), maka didapat :
Volume bahan
= 3% volume rotary kiln
4,24 m3
= 3% volume rotary kiln
Volume rotary kiln = 141,33 m3 = 4.991,54 ft3
d. Menghitung panjang rotary kiln
V = (�/4) D2 L
4.991,54
L=
3,14 4,87
4
L = 268,10 ft = 81,72 m
Kecepatan solid :
Panjang / waktu tinggal = 81,72 m / 1800s = 0,0454 m/s
e. Mencari tebal rotary kiln
Shell dari rotary kiln terbuat dari High Alloy Steel SA-240 Grade O
type 405 stress allwable 14,700 psi (Brownel, hal 343), sedangkan
untuk lasnya menggunakan double welded but joint 0,8 (Hesse, hal
84)
PxD
t =
+C
2S.e - 0,6P
Dimana,
P = tekanan
D = diameter kiln = 4,87ft = 58,44 inch
S = Allowlable stress
Universitas Sumatera Utara
C = faktor koresi = 1/16
Tensile stress yang diizinkan dengan rumus :
S = Su x fm x fr x fa x fs
Dimana,
su = ultimate strength = 75.000 psi
fm = material faktor = 0,97
fr dan fa = 1
fs = faktor korosi = 0,25
(Hesse, hal 84 tabel 4)
Maka :
S = 75.000 x 0,97 x 1 x 1 x 0,25 = 18,187,95 psi
Rotary kiln bekerja pada = 14,7 psi
ρ steel = 489 lb/ft3
Phidrostatik
ρ x L 489lb / ft 3 x 81,72
=
=
= 277,51 psi
144
144
P total
= P hidrostatik + P atmosfer
= 277,51 + 14,7 = 292,21
Sehingga,
1
292,21 x 4,87
+
ts =
(2x18187,95 x 0,8) - (0,6 x 292,21) 16
ts = 0,049 psi = 0,59 inc
1
ts = 0,59 +
16
10,45
ts =
= 0,65 inch
16
maka, diameter luar shell :
do
= di + 2ts
= 58,44 + 2(0,65)
= 59,74 inch = 4,98 ft
f. Menentukan kecepatan rotary kiln
V
Persamman : N =
π x D
Dimana :
N
= putaran rotary kiln
Universitas Sumatera Utara
V
= peripheral speed (ft/menit)
D
= diameter luar rotary kiln = 4,98 ft
Dari perry’s ed 7 hal 12-56, diketahui kecepatan periphetal rotary kiln
(30-150) ft/menit diambil V = 95 ft/menit
95
N =
= 6,08 = 6 rpm
3,14 x 4,98
N x D = 6,08 x 4,98 = 30,25
Kesimpulan perancangan :
7.
Jenis
: Single Shell Direct Heat Rotary Kiln
Bahan konstruksi
: High Aloy Steel SA 240 Grade O type 405
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 400 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan yang diangkut
: 2.221,0352kg/jam
Laju bahan keluar (produk)
: 1985,606
Zat volatile yang diuapkan
: 235,430
Suhu Feed
: 30 oC
Suhu Produk
: 400 oC
Waktu tinggal
: 30 menit
Kemiringan
: 1o
Diameter
: 3,76 ft = 1,48m
Panjang
: 268,10 ft = 81,72 m
Tebal
: 0,65 inch
Kecepatan putaran
; 6 rpm
Belt Conveyor (BC-102)
Fungsi
: Mengangkut serbuk karbon dari Rotary Kiln
menuju reaktor (R101)
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Horizontal Belt Conveyor
Material
: Commercial Steel
Temperature
: 30 oC
Tekanan
: 1 atm
Laju bahan yang diangkat
= 1.985,605 kg/jam
Faktor kelonggaran
= 30%
Kapasitas belt conveyor
= (1+0,3) x 1.985,605kg/jam
(Tabel 21-5, Perry, 1999)
= 2.581,2865 kg/jam
= 2,5813 ton/jam
Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasinya adalah sebagai
berikut :
(Tabel 21-7, Perry, 1999)
•
Lebar belt
= 14 in = 35 cm
•
Luas area
= 0,11 ft2 = 0,010 m2
•
Kecepatan belt normal
= 200 ft/menit = 61 m/menit
•
Kecepatan belt maksimum
= 300 ft/menit = 91 m/menit
•
Belt plies minimum
=3
•
Belt plies maksimum
=5
•
Kecepatan belt
= 100 ft/menit = 30,5 m/menit
Daya motor yang digunakan
8.
= 0,30 Hp
Reaktor (R-101)
Fungsi
: Mereaksikan
karbon
dengan
sulfurmenggunakan pemanas listrik temperatur
mencapai 9000C sehingga terbentuk karbon
disulfida
Jenis
: Selinder tegak dengan tutup atas berbentuk
standar dishead dan tutup bawah berbentuk
conical
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 900 oC
Tekanan
: 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Laju bahan serbuk karbon
= 1.985,605kg/jam
Laju bahan belerang
= 20,904 kg/jam
Laju massa total
= 1.985,605kg/jam + 20,904kg/jam
= 2.006,509 kg/jam
Densitas arang tempurung, �
Densitas belerang, �
= 400,475 kg/m3
(Perry, 1984)
= 961,14 kg/m3
(Perry, 1984)
Densitas campuran, :
2.006,509
2.006,509
�� = 1.985 ,605
20,904
+
400 ,475
961 ,14
Volume =
= 4,9581+0,0217 = 404,714 kg/m3
2.006,509 �� /���
404,714 �� /�3
= 4,95 m3
Menghitung P design :
Phidrolisis =
=
��������� (ℎ��� −1)
144
404,714 (8−1)
144
= 19,67 kg/m3 =0,280 psi
Pdesign
= Poperasi + Phidrolisis
= 14,7 + 0,280
= 14,98 psi = 1,0193 atm
a. Diameter dalam reaktor :
Perbandingan diameter : tinggi silinder = 1 : 1, h = D(Mauror Germany,1978)
�
Volume
= 4 D2 x h
7,62 m3
= 4 D2 x D
�
3
4,95 �3
D =�
0,785
= 2,509 m
Tinggi reaktor :
H = D = 2,509 m = 83,976 inc
b. Luas penampang :
�
A = 2 (�) 2 x h = 11, 2770 m2
Panas yang timbul pada alat reaktor, Q = 3169181,212 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Temperatur operasi
= 9000C
Temperatur luar
= 250C
∆T
= 8750C
= 9000C – 250C
c. Menentukan tinggi selinder
Ls = 2di
= 2(2,133 m)
= 4,266 m
d. Menentukan tebal tanki
ts =
��.��
+C
2(�.�−0,6��)
14,98 ��� � 83,976 ���
= 2(13800 �0,8)−(0,6�14,98)+1/16
1257,96
= 22071 ,012 +1/16
= 0,0570 + 1/16
= 0,1195 inc
e. Menentukan kebutuhan listrik pada reaktor
dQ / dT
= Q keluar – Q masuk
= 10591,13752 Kj / jam – 479,2239968 Kj / jan
= 10111,91352 Kj / jam
Reaksi :
C + 2S
CS2
Agar temperatur pada R-102 menjadi 9000C maka perlu digunakan
energi listrik dalam menghasilkan energi panas pada Reaktor (R-101)
sebanding dengan dQ/dT. Maka besar energi listrik yang digunakan pada
Reaktor (R-101) elektrik tersebut adalah sebesar :
dQ/dT
= 10111,91352 Kj/jam
= 10111,91352 Kj/jam x 1000 J/KJ x jam/ 3600 sec
= 2808,86 kW
Universitas Sumatera Utara
9.
Blower (BL-101)
Fungsi
: Mengalirkan gas karbon disulfide dari reaktor (R101) ke cyclone (FG-101)
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Proses
: T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar
Laju alir massa
: 1.785,757 kg/jam
Densitas karbon disulfide, : 19,064 kg/m3
Kapasitas blower
=
���� ���� �����
�
=
1.785,757 kg /jam
19,064 kg /m3
= 93,67 m3/jam
Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef
: 100%
Tekanan, P
: 1 atm
Daya =
1,570 x10 −4
��
x Qf � �
=
1,570 x10 −4
x 93,67 � 14,7
1
= 0,2161 Hp
10.
Cyclone ( FG -101)
Fungsi
: Memisahkan debu dari karbon disulfida
Bahan Kontruksi
: Stainless Steel, SA-316 grade C
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi : - Temperatur = 9000C
Tekanan
= 1 atm
Laju alir karbon disulfide
= 1.742,180 kg/jam
Laju alir debu
= 43,577 kg/jam
Total laju masuk
=1.785,757 kg/jam
Densitas karbon disulfida,� = 19,064 kg/m3
Laju alir volumetric
=
1.785,757 �� /���
19,064 �� /�3
(Perry, 1997)
= 93,67 m3/jam
Digunakn cyclone standard dengan spesifikasinya adalah sebagai berikut
(Gambar 10.45, Sinnott, 1983):
Universitas Sumatera Utara
•
Lc
= Panjang selinder
= 1,5 Dc
•
Zc
= panjang konis
= 2,5 Dc
•
Jc
= Diameter lubang dust out
= 0,375 Dc
•
Dc
= Diameter Cyclone
= 0,09 m
•
DE
= Diameter gas outlet
= 0,75 Dc
•
Hc
= Tinggi lubang inlet
= 0,875 Dc
•
Bc
= Diameter lubang inlet
= 0,75 Dc x 0,375 Dc
•
Ukuran maks, umpan = 300 µm – 5 µm
(Tabel 19-8, Perry, 1999)
•
Lebar diameter maks = 0,01 – 1,2 m
(Tabel 19-8, Perry, 1999)
•
Kapasitas
•
Daya yang digunakan = 35 – 400 kN/m2 atau 7,5 Hp
= 2 m3/menit
(Tabel 19-8, Perry, 1999)
(Sianturi, 1977)
Perhitungan besarnya Dc :
93,67
Laju alir = 3600 = 0,0260 m3/s
(Sinnott, 1983)
Bentuk cyclone mempunyai laju alir masuk antara 9 m/s hingga 27 m/s, dimana
asumsi laju alir masuk optimum didapat pada laju alir 9 m/s.
0,0260
Luas aliran msuk (A1) pada 9 m/s =
9
= 0,0028 m2
Dari gambar 10.45 (b) pada Sinnott, 1983, nilai Bc = 0,75 Dc x 0,375 Dc
Maka luas aliran masuk,
0,0028 m2 = 0,75 Dc x 0,375 Dc
0,0028 m2= 0,28125 Dc2
Dc = 0,0099 m
Sehingga didapat harga :
•
Lc
= 1,5 Dc = 1,5 x (0,0099)
= 0,014 m
•
Zc
= 2,5 Dc = 2,5 x (0,0099)
= 0,024 m
•
Jc
= 0,375 Dc = 0,375 x (0,0,0099)
= 0,00585 m
•
DE
= 0,75 Dc = 0,75 x (0,0,0099)
= 0,00742 m
•
Hc
= 0,875 Dc = 0,875 x (0,0,0099)
= 0,00866 m
•
Bc
= 0,75 Dc x 0,375 Dc = 0,75 x (0,0099) x 0,375 x (0,0099)
= 0,000027565 m2
Universitas Sumatera Utara
11.
Blower (BL-102)
Fungsi
: Mengalirkan gas karbon disulfida dari cyclon
(FG-101) menujurotary kiln
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Proses
: T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar
Laju alir massa
: 0,0876kg/jam
Densitas karbon disulfida,
: 19,064 kg/m3
Kapasitas blower
=
���� ���� �����
�
=
= 0,00460 m3/jam
0,0876 �� /���
19,064 �� /�3
Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef
: 100%
Tekanan, P
: 1 atm
Daya
=
1,570�10 −3 xQf x P
=
1,570 x10 −4 � 0,00460 �3/���
��
1
� 14,7 ���
= 0,106 Hp
12.
Blower (BL-103)
Fungsi
: Mengalirkan gas karbon disulfida dari rotary
kilnmenuju cooler
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Proses
: T= 300C; P= 1 atm =1,013 bar
Laju alir massa
: 1.743,052 kg/jam
Densitas karbon disulfida,
: 19,064 kg/m3
Kapasitas blower
=
���� ���� �����
�
=
= 91,431 m3/jam
1.743,052 �� /���
19,064 ��/�3
Daya blower yang dibutuhkan
Efisiensi, Ef
: 100%
Tekanan, P
: 1 atm
Daya
=
1,570�10 −3 xQf x P
��
Universitas Sumatera Utara
1,570 x10 −4 � 91,431 �3/���
=
1
� 14,7 ���
= 0,211 Hp
13.
Cooler (CO-101)
Fungsi
: Untuk menurunkan temperatur gas karbon disulfida dari 500
o
C menjadi 90 oC
Jenis
: 1-2 Shell & tube exchanger
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 900C
Tekanan
: 1 atm
Tube
:
-
Diameter dalam, ID
: 0,902 in = 0,0751 ft
-
Diameter luar, OD
: 1 in = 0,083 ft
-
BWG
: 18
-
Pitch (triangular), Pt
: 11/4 in
-
Passes, n
:2
-
Panjang, L
: 15 ft
Kapasitas panas, Q
= 1130,130 kJ/jam = 1071,153 Btu/jam
Fluida panas :
a.
Laju alir fluida masuk, F = 1.742,180 kg/jam = 3.484,36 lbm/jam
b.
Temperatur masuk, T1
= 5000C = 9320F
c.
Temperatur keluar, T2
= 900C = 1940F
Fluida dingin :
-
Laju alir fluida masuk, F = 971,319 kg/jam
-
Temperatur masuk, t1 = 200C = 680F
-
Temperatur keluar, t2 = 600C = 1400F
LMTD =
∆�2−∆�1
ln
∆�2
∆�1
=
(T1−t2)−(�2−�1)
��
(�1−�2)
(�2−�1)
=
= 2.141,392 lbm/jam
(932−140)−(194−68)
��
(932 −140 )
(194 −68 )
Universitas Sumatera Utara
=
666
��
792
126
= 362,290F
Menentukan nilai ∆t :
Dimana,
�1−�2
R=
�2−�1
=
�2−�1
932−194
140−68
= 10,25
140−68
S = �1−�1 = 932−68 = 0,0833
Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 10,25 dan S = 0,0833 maka
diperoleh fr = 0,54
Sehingga,
∆t = LMTD x fT = 362,290F x 0,54
= 195,630F
Temperatur caloric, Tc dan tc ;
Tc =
tc =
�1+�2
2
�1+�2
2
=
=
932+194
2
68+140
2
= 563 0F
= 1040F
a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), cooler untuk fluida panas gases dan fluida
dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft20F, faktor pengotor (Rd)= 0,003.
Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
�
A = UD x ∆t =
50
1071 ,153 ��� /���
���
���
.��2 0F � 195,63�
= 109,51 ft2
Luas pemukaan luar, a’’ = 0,2618 ft2/ft
�
(Tabel. 10, Kern 1965)
109,51 ��2
Jumlah Tube, Nt = � � �′′ = 15 �� � 0,2618 ��2/��
= 27,89= 28 buah
b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah tube 118 dengan
ID shell 171/4 in.
c. Koreksi UD
Universitas Sumatera Utara
A = L x Nt x a1
= 15 ft x 114,7575 x 0,2618 ft2/ft
= 450,6527 ft2
�
1071 ,153 ��� /���
UD = � � ∆� = 450,6527 ��2 � 195,63 � = 21 Btu/jam ft2 0F
Fluida Panas – Shell Side
1.
Flow area shell, As ;
As =
��� � � ′ � �
144 � ��
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Dimana : IDs : diameter dalam shell = 171/4 in
B
: Baffle spacing = 5 in
PT
: Tube pitch = 11/4 in
C’ : Clearance = PT – OD = 0,25 in
As =
2.
817,25 � 0,25 � 5
Mass Velocity, Gs ;
144 � 1,25
�
3.
Gs = �� =
=
21,5625
180
4593,899 ��� /���
Bilangan Reynold, Res ;
0,119 ��2
= 0,119 ft2
= 38604,1932 lbm/ft2 jam
Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 178,70F :
Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft
Viscositas, � = 0.32 Cp
= 0,774 lbm/ft jam
Res =
�� � ��
�
=
0,06 �� � 38604 ,1932
���
���
�� 2
0,774 ��� /�� ���
= 2992,5731
4.
Dari fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 2992,5731 diperoleh jH = 7
5.
Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 178,70F
Spesifik heat, C = 0,24 Btu/lbm0F
(Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,371 Btu/jam.ft 0F
(App.2-6. Geankoplis)
Universitas Sumatera Utara
��.�
�1/3
�
6.
0.24
=�
���
���
0� � 0,774
���
0,371
���
���
��
.�� 0�
���
�1/3 = 0,7942
Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
�
ho = jH x �� x ��.�
�1/3 x ∅�
�
ℎ�
∅�
7.
=7x
0,371
���
���
�� 0�
0,06 ��
x 0,7942 = 34,3756 Btu/jam ft 0F
Korelasi hi ~ hio ;
��
Hio = hi - �� = 34,3756 Btu/jam ft Of -
1,4375 ��
0,083 ��
= 17,0563 Btu/jam.ft 0F
Fluida Dingin – Tube Side
8.
Flow area tube, At ;
Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,639 in2
At =
9.
�� � ��′
144 � �
=
114,7575 � 0,639 ��2
144 � 2
= 0.2546 ft2
Mass velocity, Ret ;
�
Gt = �� =
6317 ,4196 �� /���
0,2546 ��2
= 24813,117 lbm/ft2.jam
10. Bilangan Reynold, Ret ;
Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 1130F:
Equivalent diameter, De = 0,72 in = 0,06 ft
Viscositas, � = 0,62 Cp
= 1,499 lbm/ft jam
Ret =
�� � ��
�
=
0,06�� � 24813 ,117
1,499
���
��
���
���
�� 2
���
= 993,1868
11. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 993,1868
diperolehjH = 5,8
Universitas Sumatera Utara
12. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 1130F
Spesifik heat, C = 1 Btu/lb0F
(Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,365 Btu/jam.ft0F
��.�
�1/3
�
1
=�
���
���
0� � 1,499
0,365
���
���
���
��
���
.�� 0�
(Kern, 1965)
�1/3 = 1,6
13. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
�
ho = jH x �� x ��.�
�1/3 x ∅�
�
ℎ�
∅�
= 5,8 x
0,365
���
���
�� 0�
0,06 ��
x 1,6 = 56,453 Btu/jam ft 0F
14. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;
Uc =
ℎ�� � ℎ�
ℎ�� +ℎ�
17,0563 � 56,453
= 17,0563 +56,453 =
962,8793
73,5093
= 13,0987 Btu/jam ft 0F
15. Faktor pengotor, Rd ;
�� −��
50−13,0987
Rd = �� � �� = 50 � 13,0987 = 0,0563
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat diterima
Pressure Drop – Shell Side
16. Pada Res = 73073,685 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0013
17. perubahan tekanan , ∆� ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36
5
(Pers. 7.43 Kern, 1965)
Ds = 8/12 = 0,66
�� 0,14
∅ = ���
� =1
Spesifik gravity, S = 1,26 (Tc = 178,70F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965)
Universitas Sumatera Utara
∆� =
=
�.��2 .�� (�+1)
10
5,22.10
215942112 ,9
0,5.1010 .
=
.De .S.∅
0,0028 � (38604 ,1932)2 � 1,4375 � 36
5,22.1010 x 0,06 x 1,26 x 1
= 0,054 psi
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diterima.
Pressure Drop – Tube Side
17. Pada Ret = 993,1868 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0005
18. Perubahan tekanan, ∆Pt ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36
5
�� 0,14
∅ = ���
� =1
Spesifik gravity, S = 0,98 ( tavg = 1130F)
∆Pt =
=
=
(Pers.7.43 Kern, 1965)
(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)
�.��2 . � . �
5,22.1010 .ID .S.∅
0,0005 � (24813 ,117)2 �15 � 2
5,22.1010 x 0,083 x 0,98 x 1
9235361 ,629
0,42.1010
(Pers. 7.53 Kern, 1965)
= 0,0021 psi
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat diteima.
14.
Kondensor (CD-101)
Fungsi
: Menurunkan temperatur serta mengubah fase karbon
disulfida menjadi cair dengan temperature 900C
menjadi 250C
Jenis
: 1-2 Shell & tube exchanger
Jumlah
: 1 unit
Temperatur
: 25 0C
Tekanan
: 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan tabel 10, hal 841-843
(Kern,1965)
Tube :
Diameter dalam, ID
: 0,652 in = 0,0543 ft
Diameter luar, OD
: 3/4 in = 0,0625 ft
BWG
: 18
Pitch (triangular), Pt
: 1 in
Passes, n
:2
Panjang, L
: 15 ft
Kapasitas panas, Q
= 702,567 kj/jam = 665,902 Btu/jam
Fluida Panas :
Laju alir fluida masuk, F = 2.651,515 kg/jam = 5.845,590 lbm/jam
Tempeatur masuk,
T1= 90 0C = 194 0F
Tempeatur keluar,
T2 = 250C = 77 0F
Fluida dingin :
Laju alir fluida masuk, F = 1067 kg/jam = 2.352,33 lbm/jam
Temperatur masuk,
t1 = 200C = 68 0F
Temperatur keluar,
t2 = 500C = 1220F
LMTD =
∆�2−∆�1
∆�2
ln
∆�1
63
= ln
8
=
(T1−t2)−(�2−�1)
(�1−�2)
��
(�2−�1)
=
(194−122)−(77−68)
= 30,303 0F
��
(194 −122 )
(77 −68 )
Menentukan nilai ∆t :
Dimana,
R=
�1−�2
�2−�1
�2−�1
194−77
= 122−68 = 2,17
122−68
S = �1−�1 = 194−68 = 0,43
Dari fig. 18 (Kern, 1950) hal. 828, pada R = 2,17 dan S = 0,43 maka
diperoleh fr = 0,6
Sehingga,
Universitas Sumatera Utara
∆t = LMTD x fT = 30,303 0F x 0,6
= 18,1810F
Temperatur caloric, Tc dan tc ;
Tc =
�1+�2
�1+�2
tc =
=
2
2
=
194 +77
2
68 + 122
2
= 135,50F
= 95 0F
a. Dari tabel. 8, hal.840 (Kern, 1965), condensor untuk fluida panas
gases dan fluida dingin air, diperoleh UD = 2 -50 Btu/jam ft20F, faktor
pengotor (Rd)= 0,003. Diambil UD = 50 Btu/jam ft20F
Luas permukaan untuk perpindahan panas,
�
A = UD x ∆t =
50
665,902 ��� /���
���
���
.��2 0F � 18,181�
= 73,26 ft2
Luas pemukaan luar, a’’ = 0,1963 ft2/ft
�
(Tabel. 10, Kern 1965)
73,26 ��2
Jumlah Tube, Nt = �� �′′ = 15 �� � 0,1963 ��2/��
= 24,88 buah.
b. Dari Tabel. 9, 842 (Kern, 1965), nilai yang terdekat adalah 30 tube
dengan ID shell 8 in.
c. Koreksi UD
A = L x Nt x a1
= 15 ft x 24,88 x 0,1963 ft2/ft
= 73,259 ft2
�
665,902 ��� /���
UD = � � ∆� = 73,259 ��2 � 18,181 � = 50 Btu/jam ft2 0F
Fluida Panas – Shell Side
1. Flow area shell, As ;
As =
��� � � ′ � �
144 � ��
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Dimana : IDs : diameter dalam shell = 8 in
B
: Baffle spacing = 5 in
Universitas Sumatera Utara
PT
: Tube pitch = 1 in
C’ : Clearance = PT – OD = 0,25 in
As =
8 � 0,25 � 5
144 � 1
10
= 144 = 0,069 ft2
2. Mass Velocity, Gs ;
�
Gs = �� =
4593,899 ��� /���
0,069 ��2
= 66578,2463 lbm/ft2 jam
3. Bilangan Reynold, Res ;
Dari fig. 28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan Tc = 775,80F :
Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft
Viscositas, � = 0.024 Cp
= 0,058 lbm/ft jam
Res =
�� � ��
�
=
0,0608 �� � 66578 ,2463
���
���
�� 2
0,058 �� �/�� ���
= 69792,3685
4. Dri fig.24 (Ken, 1965) hal. 834 dengan Res = 69792,3685 diperoleh
jH = 192
5. Perolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 775,80F
Spesifik heat, C = 0,26 Btu/lbm0F
(Fig.3 hal. 805 Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,0288 Btu/jam.ft 0F (App.2-6. Geankoplis)
�
�.� 1/3
�
�
=�
0.26
��� 0
�
���
���
��
0
� 0,058
0,0288
���
��� .��
�
���
1/3
�
= 0,8061
6. Heat transfer koefisien (inside fluid), hi ;
hi = jH x �
ℎ�
= 192 x
∅�
�.� 1/3
�
�
0,0288
x ∅�,
���
���
�� �
0,0608 ��
x 0,8061 = 73,3126 Btu/jam ft 0F
7. Korelasi hi ~ hio ;
��
0,666 ��
Hio = hi - �� = 73,3126 Btu/jam ft Of - 0,0625 ��
Universitas Sumatera Utara
= 62,6566 Btu/jam.ft 0F
Fluida Dingin – Tube Side
1. Flow area tube, At ;
Dari tabel 10 (Kern, 1965, hal. 843). At = 0,334 in2
�� � ��′
At =
144 � �
=
27,753 � 0,334 �� 2
144 � 2
= 0.032 ft2
2. Mass velocity, Ret ;
�
Gt = �� =
2468 ,7768 �� /���
0,032 ��2
= 77149,275 lbm/ft2.jam
3. Bilangan Reynold, Ret ;
Dari fig.28 (Kern, 1965) hal. 838 dengan tc = 2210F:
Equivalent diameter, De = 0,73 in = 0,0608 ft
Viscositas, � = 0,21 Cp
= 0,508 lbm/ft jam
Ret =
�� � ��
=
�
0,0608 �� � 77149 ,275
0,508
���
��
���
���
���
�� 2
= 9233,614
4. Dari fig.24 (Kern, 1965) hal. 834 dengan Res = 262478,2583
diperoleh jH = 500
5. Peolehan data sebagai berikut berdasarkan Tc = 2210F
Spesifik heat, C = 0,45 Btu/lb0F
(Kern, 1965)
Konduktifitas thermal, k = 0,376 Btu/jam.ft0F (Kern, 1965)
�
�.� 1/3
�
�
=�
0.45
��� 0
�
���
� 0,058
0,376
���
��
��� 0
�
��� .��
���
1/3
�
= 0,847
6. Heat transfer koefisien (inside fluid), ho ;
Universitas Sumatera Utara
�
ho = jH x �� x �
ℎ�
∅�
= 35 x
0,376
�.� 1/3
���
���
�
�
�� 0�
0,0608 ��
x ∅�
x 0,847 = 183,33 Btu/jam ft 0F
7. Koefisien kebersihan keseluruhan, Uc ;
Uc =
ℎ�� � ℎ�
ℎ�� +ℎ�
=
62,6566 � 183,33
62,6566 +183,33
=
726,0518
165,358
= 46,69 Btu/jam ft 0F
8. Faktor pengotor, Rd ;
�� −��
50−46,69
Rd = �� � �� = 50 � 46,69 = 0,0014
Rd hitung ≥ Rd batas, maka spesifikasi cooler dapat
diterima
Pressure Drop – Shell Side
9. ada Res = 66578,2463 dari fig.29 (Kern, 1965), diperoleh f = 0,0015
10. perubahan tekanan , ∆� ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36
5
(Pers. 7.43 Kern, 1965)
Ds = 8/12 = 0,66
�� 0,14
∅ = ���
� =1
Spesifik gravity, S = 1 (t avg = 2210F) (Tabel 6 hal. 808 Kern, 1965)
∆� =
=
=
�.��2 .�� (�+1)
5,22.1010 .De .S.∅
0,0015 � (66578 ,2463 )2 � 0,66 � 36
5,22.1010 x 0,0608 x 1 x 1
157980105 ,1
0,5.1010 .
= 0,049 psi
Universitas Sumatera Utara
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Cooler dapat
diterima.
Pressure Drop – Tube Side
11. Pada Ret = 9233,614 dari fig.26 (Kern, 1965), diperoleh f= 0,0003
12.Perubahan tekanan, ∆Pt ;
N + 1 = 12 (L/B) = 12 �15
� = 36 (Pers.7.43 Kern, 1965)
5
��
∅ =��� �
0,14
=1
Spesifik gravity, S = 0,3 ( tC = 775,80F)
(Fig.6 hal. 809 Kern, 1965)
∆Pt =
=
=
�.��2 .� .�
5,22.1010 .ID .S.∅
(Pers. 7.53 Kern, 1965)
0,0003 � (77149 ,275)2 �15�2
5,22.1010 x 0,0608 x 0,3 x 1
53568095 ,7
0,15.1010
= 0,056 psi
Pressure drop untuk cairan < 10 psi, maka spesifikasi Condensor dapat
diteima.
15.
Pompa (P-101)
Fungsi
: Mengalirkan Karbon disulfida cair dari kondensor
(CD-101) ke storage tank
Jenis
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan kontruksi
: Commersial steel
Temperatur
: 250C
Tekanan
: 1 atm
Laju alir massa, F
= 2.651,515 kg/jam = 1,62 lbm/s
Universitas Sumatera Utara
Densitas, �
= 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3 = 25,056 lbm/ft3
1,62 ��� /�
�
Laju alir volumetric, Q = � = 25,056 ��� /��3 = 0,0647 ft3 / s
Perencanaan Pompa
a. Diameter pipa pompa, De :
= 0,363 x Q0,45 x �0,13
Di,opt
0,45
= 0,363 x (0,0647)
(Timmerhaus, 2004)
x (25,056)0,13
= 0,16 ft = 1,92 inc
Dipilih material pipa commercial steel 2 in sch 40 (Ken, 1965), maka
Diameter dalam (ID)
= 2,067 in = 0,1723 ft
Diameter luar (OD)
= 2,38 in = 0,1983 ft
Luas penampang pipa (Ai)
= 0,0233 ft2 (inside sectional area)
b. Pengecekan Bilangan Reynold, NRe
Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa :
�
v=�=
0,0647 ��3/�
0,0233 ��2
= 2,78 ft/s
sehingga :
Bilangan Reynold, NRe=
� .� . ��
�
=
25,056 � 2,78 � 0,1723
0,0532
= 225,631
Berdasarkan nilai NRe = 225,631yang merupakan jenis aliran laminar,
maka diperoleh :
f
= 16/225,631 = 0,0709
(Geankoplis, 1979)
c. Panjang ekivalen total perpipaan (∑L)
Instalasi pipa :
-
Panjang pipa lurus (L1) = 30 ft
-
2 buah gate valve fully open ; L/D = 13
(Foust, 1980)
L2 = 3 x 15 x 0,2557 = 6,65 ft
-
3 buah elbow standar 900C (L/D =30)
(Foust, 1980)
L3 = 3 x 30 x 0,2557 = 23,01 ft
-
1 buah sharp edge entrance (K = 0,5 ; L/D = 16)
(Foust, 1980)
Universitas Sumatera Utara
L4 = 1 x 16 x 0,2557 = 4,09 ft
-
1 buah sharp edge exit (K = 1 ; L/D = 36)
(Foust, 1980)
L5 = 1 x 36 x 0,2557 = 9,21 ft
Maka,
∑L
= L1 + L2 + L3 + L4+ L5
= 30 + 6,65 + 23,01 + 4,09 + 9,21
= 72,96 ft
d. Menentukan friksi, ∑F :
∑F =
=
=
4 �.�2 ∑�
2.�� .�
4�0,0709�(2,78)^2 � 72,96 ��
2�32,174 ��� .
159,912 ��3/�2
11,0872 ��� .
��
.�2
���
�� 2
.�2
���
(Geankoplis, 1983)
� 0,1723 ��
= 14,4234 ft.lbf / lbm
e. Kerja yang diperlukan, -Wf :
� 22 −� 21
2.��
+
� (�2−�1)
��
Bila :
+
�2−�1
�
+ ∑F + Wf = 0 (Geankoplis, 1983)
Wf
=0
Z1
=0
;Z2
= 3 ft
v1
=0
;v2
= 2,0386 ft/s
P1
= 1 atm = 14,696 lbf/in2 = 2.117,92 lbf/ft2
Maka :
2,1853 2 −0
2 � 32,174
+
32,174 (3−0)
32,174
+
0,0742 + 3 + 14,4234 +
P1
2117 ,92−�1
25,056
2117 ,92−�1
25,056
+ 14,4234 + 0 = 0
=0
= 2.556,34 lbf/ft2
1 ��2
= 2.556,34 lbf/ft2 x 144 �� 2 = 17,7524 lbf/in2
Sehingga,
-Wf
=
2.556,34 −2.117,92
25,056
+ 87,3684 + 3 + 14,4234
Universitas Sumatera Utara
= 122,289 ft.lbf/lbm
f. Daya pompa, Ws :
Ws
=
−�� .�.�
=
122,289 ��
550
���
���
�� 3
� 25,056
�
���
�� . .ℎ�
�
� 0,0647
550
��� /��3
= 0,36 hp
Untuk efisiensi alat 80%, maka :
Tenaga pompa yang dibutuhkan =
0,36
0,8
= 0,45 hp (Geankoplis, 1983)
Maka dipilih pompa yang berdaya motor ½ hp
16.
Storage Tank (T-101)
Fungsi
: Untuk menyimpan karbon disulfida
Bentuk
: Silinder Vertikal dengan dasar datar dan tutup
ellipsoidal
Bahan Kontruksi
: Carbon steel C-SA-316
Jumlah
: 2 unit
Temperatur
: 25 0C
Tekanan
: 1 atm
Kebutuhan perancangan
= 7 hari = 168 jam
Faktor kelonggaran
= 20 %
Laju alir
= 1742,180 kg/jam
Densitas, (�)
= 400,475 kg/m3 = 0,0145 lbm/in3
Laju volumetric bahan, V
=
1.742,180 kg /jam
400,475 kg /m3
= 4,3502 m3/jam
Pehitungan :
a. Volume bahan, Vc
= 4,3502 m3/jam x 168 jam
= 7308,33 m3
Volume tangki, VT
= ( 1 + 0,2 ) x 7308,33 m3
= 8769,996 m3
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan jumlah storage tank sebanyak 2 unit, sehingga volume masingmasing tangki = 667,386 m3
b. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan perbandingan diameter dengan silinder tangki D:H = 3 : 2
Volume shell tangki (Vs) :
�
1
Vs = 4 �Di2H = 4 D2�32 �� = 1,1775 D
Tutup tangki ellipsoidal dengan rasio axis terhadap minor = 2 :1
Tinggi head, Hd = 1/6 x D
(Brownell dan Young, 1959)
Volume tutup ellipsoidal, Vh = Vs =
Maka : Vt = Vs + Vh
1
4
�Di2H =
�
4
D2�16 �� = 0,1304 D
= 1,1775 D3 + 0,1304 D3
= 1,3079 D3
��
1/3
D =�1,3079 �
1334 ,772 1/3
=�
1,3079
�
=