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


���


)

.��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



=