BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Perlengkapan : - Sparger
- Pengaduk
- Jaket Pendingin
Kondisi Operasi : - Tekanan operasi = 3,5 atm = 51,415 psi
- Suhu operasi = 175
o
C
VI.1. Prinsip Kerja
Berdasarkan pertimbangan atas fase zat yang bereaksi, pemakaian bahan dan kapasitas produksi, maka reaktor dapat dibedakan jenisnya yaitu Reaktor
Berpengaduk Mixed Flow dan Reaktor Pipa Alir Plug Flow. Pada reaktor ini, asam nitrat dalam fase liquid dan ammonia merupakan fase gas, maka jenis
reaktor yang digunakan model reaktor bubling, bubling memudahkan dan mempercepat kontak reaksi, reaktor bentuknya berupa silinder tegak dengan tutup
atas berbentuk standart dished head dan tutup bawah berbentuk dished head dengan dilengkapi jaket pendingin.
VI.2. DIMENSI REAKTOR VI.2.1. Menentukan Volume
Komposisi Berat kg
Xi sg
NH
3
5044,1919 0,1392
0,5971 HNO
3
18693,1818 0,5160
1,052 H
2
O 12487,4689
0,3447 1
36224,8426 1
1 campuran
= 0,1392
0,5160 0,3447
0,5971 +
1,052 +
1 =
0,9359 Kgliter
= 58,4959
lbft
3
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Total massa masuk = 36224,8426 kg jam
= 36224,8426 kg jam x
2,2046 lb = 79861,2881 lb jam
79861,2881 Volume Liquid =
58,4959 = 1365,2460
ft
3
jam
Jumlah tangki yang dibutuhkan sebanyak 1 buah.
Ditetapkan volume bahan = 80 volume reaktor
100 Volume Reaktor =
80 x
1365,2460 =
1706,5575 ft
3
VI.2.2. Menentukan Waktu tinggal
Volume bahan t
= Rate Pompa
1365,2460 =
2296,3308 =
0,5945 jam
Dipakai waktu tinggal di dalam reaktor = 0,5945
jam maka volume reactor =
1706,5575 ft
3
jam x
0,5945 =
1014,6059 ft
3
VI.2.3. Menentukan Dimensi Tangki
H Ditetapkan rasio dimensi,
D =
1,5 Volume dished head, V =
0,000049 Di
3
B Y , Pers 5.11
Volume total = Volume Shell +
2 x Volume dished head
1706,558 =
4 Di
2
H + 2 x
0,000049 Di
3
1706,558
= 4
Di
2
1.5 D +
0,000098 Di
3
1706,558 =
1,1775 Di
3
+ 0,000098 Di
3
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Di
3
= 1449,1851 ft
3
Di =
11,3164 ft
H =
16,9746 ft
VI.2.4. Tebal Shell a. Menentukan Tinggi Liquid pada Shell h liq
b. Menentukan Tekanan Design
Bejana beroperasi pada tekanan 3,5 atm, maka tekanan perencanaan ditentukan oleh tekanan hidrostatiknya.
x h liquid P operasi = P hidrostasik =
144 58,4959
x 13,5801
= 144
= 5,5165
psi P operasi bawah =
P operasi + P hidrostatis
= 51,415
+ 5,5165
= 56,9315 psi
Untuk keamanan diambil P design =
1,1 x
56,9315 =
62,6247 psi
c. Menentukan Tebal shell
Bahan yang digunakan = Carbon Steel SA - 283 Grade C f =
12650 psi
B Y, tabel 13.1, hal 251
Sambungan Double Welded Butt Joint e = 0.8
Faktor korosi c = 0.125
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
P . Ri ts =
f . e - 0.6
P +
c B Y, ASME Code, pers 13-1
Keterangan : t
s
= tebal shell, in P = tekanan design, psi
f = maks allowable stress =
12650 psi
B Y, tabel 13.1, hal 251
Ri = jari-jari dalam, in e
= joint effisiensi =
0,8 maka :
d. Menentukan Tinggi Shell
VI.2.5. Tinggi Tutup
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Dari figure 5.8, hal 87, B Y, dihitung ukuran-ukuran sebagai berikut :
maka ; ID
135,7967 9
AB = 2
- icr = 2
- 16
= 67,3358
inc BC =
r - icr
; untuk standard head r = OD OD standard dari B Y, tabel 5.7 ; OD = ID
OD = ID = 135,7967 in 136 in
BC = 136
- 916 = 135,2342 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
OA = t + b + sf
= 916
+ 18,5185 +
2 = 21,0653 in =
1,7554 ft
VI.2.7. Tinggi Tutup Bawah dan Tinggi Liquid Total h
l
Tinggi total bahan dlm reaktor =
tinggi bhn dlm shell + tinggi tutup bawah H
l
= 13,5801
+ 1,7554
H
l
= 15,3355
ft x h liquid
P hidrostasik = 144
58,4959 x
15,3355 P hidrostasik =
144 =
6,2296 psi
P design = 1,1
x 6,2296
= 6,8526 psi
Tebal tutup bawah untuk standard dished pada tabel 5.7, Brownell Young, pada OD
= 90 Code ASME , diperoleh :
r =
90 dan icr =
5
1 2
untuk icr =
6 r
icr 5 12
r =
90 =
0,061
maka : 0,885 . P . rc
th =
f . e - 0,1
P +
c SME CODE, B Y, pers 13-12
Keterangan : th
= tebal tutup, in
P =
tekanan design, psi f
= maksimum allowable stress
= 12650 psi
Ri =
jari-jari dalam, in e
= joint effisiensi
= 0,8
r =
rc =
90 in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐ 8
VI.3 PERANCANGAN PENGADUK
Agar reaksi yang terjadi lebih sempurna dan suhu didalam reaktor merata.
VI.3.1 Power Pengaduk
Didasarkan pada buku Mc. Cabe, fig 9.9 jilid 1, ed Indonesia.
Gambar VI.2. Ukuran Turbin Menurut Rushton, dkk
Dimana : Dt
= Diameter tangki Da
= Diameter agitator H
= Kedalaman liquid dalam tangki
E = Jarak agitator
J = lebar bafle
w = lebar blade
L = panjang blade
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Mc Cabe, hal 235, jilid 1 ; Da
1 H
J 1
Dt =
3 Dt
= 1
Dt =
12 W
1 E
L 1
Dt =
5 Da
= 1
Da =
4 Dt
= Diameter tangki =
11,3164 ft 1
1 Da =
3 x
Dt =
3 x
11,3164 3,7721
= 3,7721
ft =
3,2808 =
1,1498 m
E =
1 x
Da =
1 x
3,7721 3,7721
= 3,7721
ft =
3,2808 =
1,1498 m
1 1
L =
4 x
Da =
4 x
3,7721 0,9430
= 0,9430
ft =
3,2808 =
0,2874 m
1 1
J = 12
x Dt = 12
x 11,3164
0,9430 =
0,9430 ft
= 3,2808
= 0,2874
m
1 1
w = 5
x Da = 5
x 3,7721
0,7544 =
0,7544 ft
= 3,2808
= 0,2300
m
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Tipe : Turbin enam daun rata
Dasar Pemilihan : - Sesuai digunakan untuk range viskositas tinggi
- Dapat beroperasi pada kecepatan tinggi
Kecepatan V : 200 – 250 mmenit
Joshi, hal 389
Sg liquid : 1,0520
h liquid x sg liquid Jumlah impeller =
Dt 13,5801
x 1,0520
= 11,3164
= 1,2624
2 buah
Ditetapkan : kecepatan pengadukkan N
= 100
rpm =
1,7 rps sehingga : V =
. Da . N = 3,14
x 3,7721
x 100
x 0,3048
= 361,0200 m menit MEMENUHI
campuran = 58,4959 lb ft
3
= 0,9359
gr cc
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Bilangan Reynold N
Re
: Da
2
. N .
N
Re
=
3,7721
2
x 1,6667
x 58,4959
ft
2
rps lb ft
3
= 0,0037
lb ft s =
370754,5410 Dari Mc. Cabe, tabel 9.2, hal 245 ed Indonesia, jilid 1, diperoleh :
Np =
K
T
= 6,3
P . gc p
= . N
3
. Da
5
K
T
. . N
3
. Da
5
P =
gc
Mc. Cabe, pers 9.24
6,3 x
58,4959 x 1,6667
3
x 3,7721
5
= 32,174
= 40498,6594
lbf ft s 40498,6594
= 550
= 73,6339
hp
Power untuk 2 impeller = 2 x 73,6339
= 147,2679 hp
Gland Losses =
10 x
147,2679
Joshi, hal 399
= 14,7268 hp
Power input = 147,2679
+ 14,7268
= 161,9946 hp
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Power yang hilang akibat transmisi = 20 x 161,9946 Joshi, hal 399
= 32,3989 hp
Power yang diperlukan = 161,9946 + 32,3989
= 194,3936
hp
VI.4 PERENCANAAN SISTEM PENDINGIN
Perhitungan Jaket :
Perhitungan siatem penjaga suhu : Kern, hal 719
Dari neraca panas : suhu yang dijaga = 175
o
C Panas yang diserap
= 3635386,7359 Kkaljam = 14426305,1841 Btujam Suhu masuk air pendingin
= 30
o
C = 86
o
F Suhu kenaikan reaksi
= 50
o
C = 122
o
F ΔT
= 122 – 86 = 36
o
F Kebutuhan air pendingin
= 181769,3368 kgjam = 400728,6799 lbjam Densitas air pendingin
= 62,43 lbcuft
Rate volumetrik =
= = 6418,8480 cuftjam = 1,783 cuftdt
Assumsi kecepatan aliran = 10 ftdt
Kern, T.12, hal. 845
Luas penampang =
= = 0,178 ft
2
Dengan : D
2
= diameter dalam jaket D
1
= diameter luar bejana = Di bejana + 2 x tebal = 11,3164 + 2 x 0,046 ft = 11,4075 ft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
Spasi = = = 0,0050 ft = 0,0595 in 316 in
Perhitungan Tinggi Jaket
UD = 500 Kern, tabel 8
801,4614 ft
2
Rc : Radius of crown
= 90 in = 8 ft
h : tinggi dishead
= 1,7554 ft A
dishead
= 6,28 x 8 x 1,7554 = 82,68111 ft
2
A
jaket
= A
shell
+ A
dishead
Tinggi tangki = 16,9746 17 ft
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB VI – PERANCANGAN ALAT UTAMA
Pra Rencana Pabrik Ammonium Nitrat dengan Proses FAUSER
VI ‐
VI.5. PERENCANAAN SISTEM SPARGER Perhitungan Sparger perforated pipe Bagian Bawah
