Fluida dingin : Inner pipe steam
1’ Re
p
’ = 26.903,943 F
0,007 26.903,943
264 ,
0035 ,
0,42
= +
=
Pers.3.47b - Kern, 1965 s
= 0,98 , ρ = 61,25 2’
ΔF
p
ft 2,839
0,115 61,25
4.18.10 2
24 6
123.425,21 0,007
4 .D
2.g. ρ
.L 4.f.G.p
2 8
2 2
2
= ×
× ×
× ×
× =
=
3’ ΔP
p
psi 752
, 144
25 ,
1 6
2,839 =
× =
∆P
p
yang diperbolehkan = 10 psi
4. Tangki Penyimpanan Propena TT-102
Fungsi : Menyimpan Propena untuk kebutuhan 10 hari
Bahan konstruksi : Carbon Stels SA- 285 Grade C Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 6 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,5 bar = 0,5 atm Temperatur
= − 50
°C = 223,15 K Laju alir massa
= 5.981,383 kgjam ρ
bahan
= 265,336 kgm
3
Chemcad Database 5, 1999 Kebutuhan perancangan = 10 hari
Faktor kelonggaran = 20
Perhitungan
a. Volume tangki
Volume larutan, V
l
=
3
kgm 265,336
jamhari 24
hari 10
kgjam 5.981,383
× ×
= 10.820,48 m
3
Volume larutan untuk 1 tangki = 10.820,486 m
3
= 901,706 m
3
Volume tangki, V
t
= 1 + 0,2 x 901,706 m
3
= 1.082,0475 m
3
Universitas Sumatera Utara
b. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan : Tinggi shell : diameter H
s
: D = 5 : 4 Tinggi head : diameter H
h
: D = 1 : 4 Volume shell tangki V
s
: V
s
= π
4 1
D
i 2 .
H
s
V
s
=
3
π.D 16
5 Volume tutup tangki V
h
: V
h
=
3
D 24
π Brownell, 1959
Volume tangki V : V
= V
s
+ V
h
1.082,0475 m
3
=
3
48 17
D
π
D
i
= 9,909 m = 390,124 in H
s
= 12,168 m
c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki = 9,909 m
H
h
= ×
= ×
4 1
D D
Hh 4,8876 = 2,434 m
H
t
Tinggi tangki = H
s
+ H
h
= 14,601 m
d. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki =
3 3
m 1.082,0475
m 901,726
× 14,601 m = 10,322 m P
Hidrostatik
= ρ × g × h
= 265,3362 kgm
3
× 9,8 mdet
2
× 10,322 m = 26,840 kPa
P
operasi
= Tekanan udara = 0,5 atm = 50 kPa P
total
= 26,840 kPa + 50 kPa = 76,840 kPa
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran 20 P
design
= 1,2 76,840 = 92,208 kPa Joint efficiency E = 0,8 Brownell, 1959
Allowable stress S = 94.802,5825 KPa Brownell, 1959 Faktor korosi C = 0,002 intahun Perry, 1999
Umur alat A direncanakan 10 tahun Tebal shell tangki :
in 0,237
tahun 10
tahun in
0,002 kPa
1,292,208 kPa0,8
825 294.802,5
m 9,909
kPa 92,208
A C
1,2P E
. 2S
D .
P t
=
×
+ −
= ×
+ −
=
Tebal shell standard yang digunakan = 14 in Brownell, 1959
e. Tebal tutup tangki
in 0,237
tahun 10
tahun in
0,002 kPa
0,292,208 kPa0,8
825 294.802,5
m 9,909
kPa 92,208
A C
0,2P 2SE
PD t
=
×
+ −
= ×
+ −
=
Tebal tutup standard yang digunakan = 14 in Brownell, 1959
5. Pompa Propena J-102
Fungsi : Memompa Propena dari Tangki Bahan Baku TT-102 ke Reaktor R-201 Jenis
: Pompa resiprocating Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : P
S
= 1 atm P
D
= 50 atm T = - 50
C Laju alir massa F = 119,6277 kgjam = 0,0733 lbms
Densitas ρ
= 265,3362 kgm
3
= 16,5645 lbmft
3
Viskositas µ
= 0,2828 cP = 0,0002 lbmft.s
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik Q =
3
lbmft 0,0733
lbms 16,5645
= 0,0044 ft
3
s = 1,9851 galmenit
Desain pompa : Di
,opt
= 3,9 Q
0,45
ρ
0,13
Timmerhaus, 1991 = 3,9 1,9851 ft
3
s
0,45
16,5645 lbmft
3 0,13
= 0,4899 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel :
Ukuran nominal : 0,5 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam ID : 0,622 in = 0,1518 ft Diameter Luar OD
: 0,84 in = 0,07 ft
Inside sectional area : 0,0233 ft
2
Kecepatan linear, v = QA =
2 3
ft 0,0233
s ft
1,9851
= 0,1898 fts
Bilangan Reynold : N
Re
=
μ D
v ρ
× ×
=
lbmft.s 0,0002
ft 18
fts0,15 0,1898
lbmft 16,5645
3
= 8.574,502 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga
ε = 0,0015 Pada N
Re
= 8.574,502 dan εD =
0,1518ft 0,00015ft
= 0,0029 maka harga f = 0,0067
Timmerhaus, 1991 Friction loss :
1 Sharp edge entrance = h
c
= 0,5
2 α
A A
1
2 1
2
v
−
= 0,5 174
, 32
1 2
0,1898 1
2
− = 0,0705 ft.lbflbm
Universitas Sumatera Utara
2 Elbow 90° = h
f
= n.Kf.
c 2
g .
2 v
= 2.0,75. 174
, 32
2 1898
,
2
= 0,0008 ft.lbflbm
1 Check valve = h
f
= n.Kf.
c 2
g .
2 v
= 12,0 174
, 32
2 1898
,
2
= 0,0011 ft.lbflbm
Pipa lurus 30 ft = F
f
= 4f
c 2
D.2.g ΔL.v
= 4.0,0055.
174 ,
32 .
2 .
1518 ,
0,1898 .
30
2
= 0,0087 ft.lbflbm
1 Sharp edge exit = h
ex
=
c 2
2 2
1
2 αα
A A
1 g
v
−
= 174
, 32
1 2
0,1898 1
2
− = 0,0006 ft.lbflbm
Total friction loss : ∑F = 0,0817 ft.lbflbm
Dari persamaan Bernoulli :
W F
ρ P
P z
z g
v v
2 α
1
s 1
2 1
2 2
1 2
2
= +
∑ +
− +
− +
−
Geankoplis, 2003 Di mana :
v
1
= v
2
P
1
= 50 kPa = 1.044,2774 lb
f
ft² P
2
= 50 kPa = 1.044,2774 lb
f
ft² ;
ρ P
∆
= 0 ft.lb
f
lb
m
∆Z = 20 ft
Maka :
W ft.lbflbm
0,0817 ft.lbmlbf
ft 20
.s ft.lbmlbf
32,174 fts
32,174
s 2
2
= +
+ −
+
Ws = 20,0817 ft.lbflbm Effisiensi pompa ,
η= 80 Ws
= - η × Wp
-8,00 = - 0,8 × Wp Wp = 25,1021 ft.lbflbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa : P = m × Wp =
ft.lbflbm 25,1021
lbms 3600
0,45359 0,0733
×
×
ft.lbfs 550
hp 1
= 0,033 hp Untuk menaikkan tekanan Propena digunakan reciprocating pump,
Data : P
D
= Tekanan keluar = 50 atm = 734,8 psi P
S
= Tekanan masuk = 1 atm = 14,696 psi G
A
= Kapasitas actual = 1,9851 galonmenit W = Tenaga yang dibawa fluida keluar dari suatu pompa hp
W = 1715
G P
P
A S
D
− Syarifuddin, 1996
1715 9851
, 1
696 ,
14 8
, 734
× −
= = 0,833 hp
Total daya pompa = 0,833 hp + 0,033 hp = 0,86 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp
6. Heater E-212
Fungsi : Menaikkan temperatur Propena sebelum ke Reaktor R-201 Jenis
: DPHE Dipakai : pipa 2 × 1
4 1 in IPS, 12 ft hairpin
Jumlah : 1 unit Fluida panas
Laju alir fluida masuk = 666,953 kgjam = 1,470.387 lbmjam Temperatur awal T
1
= 276 °C = 528,8 °F
Temperatur akhir T
2
= 276 °C = 528,8 ° F
Fluida dingin
Universitas Sumatera Utara
Laju alir fluida dingin = 119,6277 kgjam = 236,735 lbmjam Temperatur awal t
1
= -50 °C = 58 °F
Temperatur akhir t
2
= 25 °C = 77 °F
Panas yang diserap Q = 1.046.115,782 kJjam = 991.522,551 Btujam
1
∆t = Beda suhu sebenarnya
Fluida Panas Fluida Dingin
Selisih
T
1
= 528,8 °F
Temperatur yang lebih tinggi t
2
= 77 °F
∆t
1
= 451,8 °F
T
2
= 528,8 °F
Temperatur yang lebih rendah t
1
= 58 °F
∆t
2
= 586,8 °F
T
1
– T
2
= 0 °F
Selisih t
2
– t
1
=135 °F
∆t
2
– ∆t
1
= 135 °F
F 516,362
451,8 586,8
ln 135
Δt Δt
ln Δt
Δt LMTD
o 1
2 1
2
=
=
− =
2
T
c
dan t
c
8 ,
528 2
8 ,
528 8
, 528
2 T
T T
2 1
c
= +
= +
= °F
9,5 2
58 77
2 t
t t
2 1
c
= +
= +
= °F
Fluida dingin : Anulus Propena
3
Flow area ft
0,1723 12
2,067 D
2
= =
Tabel 11-Kern, 1965 ft
0,1383 12
1,66 D
1
= =
2 2
2 2
1 2
2 a
ft 0,0083
4 0,1383
0,1723 π
4 D
D π
a =
− =
− =
0,0761 1383
, 1383
, 0,1723
D D
D diam
2 2
1 2
1 2
2
= −
= −
= Equivalen
4
Kecepatan massa
2 a
a a
ft .
jam lbm
877 .
893 ,
31 0,0083
263,735 G
a W
G =
= =
Universitas Sumatera Utara
5
Pada t
c
= 9,5 F , μ = 0,309 cP Gambar. 15-Kern, 1965
μ = 0,309 cP = 0,309 × 2,42 = 0,748 lbmft.jam
7.340,032 0,748
31.893,877 0,0761
Re μ
G D
Re
a a
a a
= ×
= ×
=
6
J
H
= 25 Gambar.24-Kern, 1965
7
Pada t
c
= 9,5 F , c = 1,1Btulbm .
F Gambar.3-Kern, 1965
k = 0,106 Btujamft
2
Fft
1,982 0,106
0,748 .
1,1 k
μ .
c
3 1
3 1
=
=
8
0,14 W
3 1
e H
o
μ μ
k μ
. c
D k
J h
= Pers. 6.15b -Kern, 1965
F ft
Btujam 68,431
1 1,982
0,0761 0,106
25
2
= ×
× =
Fluida panas : Inner Pipe Steam 3’
ft 0,115
12 1,38
D =
= Tabel 11-Kern, 1965
2 2
p
ft 0,010
4 πD
a =
=
4’ Kecepatan massa
2 p
p p
ft .
jam lbm
642 ,
633 .
141 0,010
1.470,387 G
a W
G =
= =
5’ Pada T
c
= 528,8 F , μ = 0,099 cP Gambar. 15-Kern, 1965
μ = 0,099 cP = 0,099 × 2,42 = 0,241 lbmft.jam
Universitas Sumatera Utara
67.695,167 0,241
2 141.633,64
0,115 Re
μ G
D Re
p p
p p
= ×
= ×
=
6’ J
H
= 180 Gambar.24-Kern, 1965 7’ Pada T
c
= 528,8 F , c = 1 Btulbm .
F Gambar.3-Kern, 1965
k = 0,041 Btujamft
2
Fft
1,804 0,041
0,241 .
1 k
μ .
c
3 1
3 1
=
=
8’
0,14 W
3 1
e H
i
μ μ
k μ
. c
D k
J h
= Pers. 6.15a -Kern, 1965
F ft
Btujam 115,753
1 804
, 1
0,115 0,041
180
2
= ×
× ×
=
9’ OD
ID h
h
i io
× =
Pers.6.5-Kern, 1965
F ft
Btujam 96,229
0,1383 0,115
115,753
2
= ×
=
10 Clean averall coefficient, Uc
F ft
Btujam 40,128
68,831 96,229
68,831 96,229
h h
h h
U
2 o
io o
io C
= +
× =
+ ×
=
11 U
D
R
d
ketentuan = 0,002
F ft2
btujam 37,147
U 0,002
40,128 1
R U
1 U
1
D D
C D
= +
= +
=
12 Luas permukaan yang diperlukan Q = U
D
× A × Δ t
2 D
ft 52,2
135 37,147
1 991,522.55
Δt U
Q A
= +
= ×
=
Panjang yang diperlukan
ft 120
0,435 52,2 =
=
Berarti diperlukan 5 pipa hairpin 12 ft.
Universitas Sumatera Utara
13 Luas sebenarnya = 5 × 24 × 0,435 = 52,2 ft
2
Pressure drop
Fluida panas : Anulus Propena
1 D
e ’
= D
2
– D
1
= 0,1723 - 0,1383 = 0,0339 ft Re
a
’
3.244,914 0,748
31.893,877 0,0339
μ G
De
a
= ×
= ×
=
F
009 ,
3.244,914 264
, 0035
,
0,42
= +
=
Pers.3.47b-Kern, 1965 s
= 1, ρ = 1 x 62,5 = 62,5 2
ΔF
a
ft 1,129
0,0339 62,5
10 4.18
2 12
31.893,877 0,009
4 D
2g ρ
L 4fG
2 8
2 e
2 2
a
= ×
× ×
× ×
× ×
= =
3 v
Fps 0,142
62,5 3600
31.893,877 ρ
3600 G
a
= ×
= =
F
i
ft 0,002
32,2 2
0,142 1
2g 1
2 2
=
×
× =
× =
V
ΔP
a
psi 491
, 144
62,5 0,002
1,129 =
× +
= ∆P
a
yang diperbolehkan = 2 psi
Fluida dingin : Inner Pipe, Steam
1’ Re
p
’ = 67.695,167 F
0,003 67.695,167
264 ,
0035 ,
0,42
= +
=
Pers.3.47b-Kern, 1965 s
= 0,98 , ρ = 61,25 2’
ΔF
p
ft 0,003
0,115 61,25
4.18.10 2
24 3,642
141.142.63 0,003
4 D
2g ρ
L 4fGp
2 8
2 2
2
= ×
× ×
× ×
× =
=
3’ ΔP
p
psi 001
, 144
25 ,
1 6
0,003 =
× =
∆P
p
yang diperbolehkan = 10 psi
Universitas Sumatera Utara
7. Tangki Asam Sulfat TT-103
Fungsi : Menyimpan Asam Sulfat untuk kebutuhan 10 hari
Bahan konstruksi : Carbon Stels SA- 285 Grade C Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints
Jumlah : 1 unit
Kondisi operasi : Tekanan
= 0,5 bar = 0,5 atm Temperatur
= 20 °C = 223,15 K
Laju alir massa = 1.535,2216 kgjam
ρ
bahan
= 1834 kgm
3
Chemcad Database 5, 1999 Kebutuhan perancangan = 10 hari
Faktor kelonggaran = 20
Perhitungan :
a. Volume tangki
