V I- 1
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
BAB VI PERENCANAAN ALAT UTAMA
REAKTOR BERPENGADUK R-223
VI.A. Keterangan Alat
Nama Alat : Reaktor Berpengaduk Kode Alat
: R – 223 Fungsi : Mereaksikan CaO dan H
2
O menjadi CaOH
2
. Type
: Silinder tegak dengan tutup atas berbentuk dished head dan bawah berbentuk conis dilengkapi dengan coil
pendingin. Bahan Konstruksi
: Carbon steel , SA – 283 Grade C f = 12650 Psi
Rate bahan
: 2563,4277 kgjam = 5639,5410 lbjam Kondisi Operasi
: Suhu Operasi = 80
° C
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 2
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Tekanan Operasi = 14,7 psi Proses Operasi
: Continuous dengan waktu reaksi 15 menit
Sistem Penahan : 4 buah kolom penahan
VI.B. 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, CaO dan H
2
O merupakan fase solid dan liquid, maka dapat dipilih jenis reaktor berpengaduk Mixed Flow untuk memudahkan
dan mempercepat kontak reaksi Reaktor berpangaduk Mixed Flow ini berupa silinder tegak
dengan tutup atas berbentuk standard dished head dan bawah berbentuk conis
yang dilengkapi coil pendingin dari neraca panas. Umpan CaO dan H
2
O, masuk dari tutup atas reaktor melalui nozzle, Sedangkan media pendingin berupa steamair pendingin yang dialirkan melalui coil untuk
menjaga suhu dalam reaktor. Produk dikeluarkan setelah mencapai waktu reaksi yang ditentukan
dimana valve pengeluaran produk yang berada pada tutup bawah dikendalikan oleh alat kontrol secara otomatis.
VI.C. Kondisi Operasi
Suhu Operasi : 80
° C
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 3
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Tekanan Operasi : 14,7 psia = 1 atm
Waktu Reaksi : 15 menit
VI.D. Tahap-tahap Perencanaan
1. Perencanaan Reaktor 2. Perencanaan Pengaduk
3. Perencanaan Coil Pendingin
VI.E.1. Reaktor VI.E.1.a. Dimensi Reaktor
Bentuk Reaktor : Silinder tegak, tutup atas dished head dan tutup bawah
berbentuk conis dilengkapi coil pendingin Waktu operasi
: 15 menit proses Suhu Operasi
: 80 °
C Waktu tinggal
: 15 menit Dimention ratio , HD : ditetapkan H = 2 x D
Penentuan Volume Tangki :
ρ
campuran
= 2,5 lbcuft Rate bahan
= 2563,4277 kgjam = 5639,5410 lbjam Volumetrik bahan
= bahan
bahan rate
ρ = 5639,5410 2,5 = 2255,816 cuftjam
Waktu tinggal = 15 menit. Direncanakan waktu tinggal = 15 menit dengan 1 buah tangki, sehingga :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 4
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
volume bahan = 2255,816 x 0,25 1 = 563,9541 cuft Volume bahan mengisi 80 volume tangki, sehingga volume tangki :
Volume tangki = 563,9541 80 = 704,9426 cuft
Penentuan ukuran tangki dan ketebalannya
Dimention ratio , HD : H = 2 D Volume tangki
= π
4
. D
2
. H
704,9426 =
π 4
. D
2
. 2 D D
= 8 ft = 96 in H
= 15 ft = 180 in Penentuan tebal shell :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 5
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Dimensi tutup, dished :
Penentuan dimensi tutup atas dished head :
Dimana : ID
= ID shell = 96 in
a =
2 ID
= 48 in
C a
t r
ID
sf b
icr
OA
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 6
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Penentuan tutup bawah conical :
Untuk D = 96 in dengan, ts = 14 in, dari Brownell tabel 5.7 didapat : Rc =
= 96 in
icr = =
in AB = ID -
icr = 48 -
= in
2 BC = r -
icr = 96 -
= in
AC = -
= in
b = r - -
= in
sf = = dipilih 2 in =
2 in t
= =
in = in
OA= =
+ +
= in
radius of dish inside crown radius
5 78 5.875
42.13 5.875
90.13
√
BC
2
AB
2
79.67
√
BC
2
AB
2
16.33 straight flange
Brownell, tab. 5.6 tebal dished
15 0.195
t + b + sf 0.195
16.33 2
18.52
Direncanakan tutup bawah berbentuk conical : Dari persamaan Hess 4-17 hal 92, didapat :
h = Keterangan :
D = diameter bejana, ft M = 12 =
1 ft Hess, Hal. 85
= sudut conis 45
o
maka tinggi conis : h =
8 - 1
= ft
Volume conis = =
x 64 + 8 x 1
= ft
3
Total volume tutup volume tutup atas dishead + tutup bawah conis =
+ =
cuft tg α D - M 2
tg α tg α
2 3.5
0,25 x h D
2
+ DM + M
2
0.25 3.5
63 29.9343
63 92.9343
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 7
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Penentuan tinggi shell :
VI.E.1.b. Perhitungan Pengaduk
Dipilih pengaduk dengan type turbin dengan 6 flat blade
1. Penentuan dimensi pengaduk :
3 1
= Dt
Da
, dengan Dt = 72 in, maka Da = 24 in = 2 ft
5 1
= Da
W W = 4,8 in
1 =
Dt H
H = 72 in
4 1
= Da
L
L = 6 in
3 1
= Dt
C C = 8 in
12 1
= Dt
J
J = 6 in Keterangan :
Dt = diamater bejana
Da = diameter impeller
W = lebar blade
Volume tangki cuft
Volume tangki - total volume tutup =
- =
cuft =
= =
ft
= +
+ =
ft 704.9426
Volume shell = 704.9426
92.9343
3.5 16.8
612.0083 Tinggi shell
V shell ∏ 4 . D
2
612.0083 50.24
12.1817
Tinggi tangki total = hs + hd + hd 12
1.2
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 8
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
L = panjang blade
E = tinggi impeller dari dasar tangki
J = tebal baffle
2. Penentuan power motor
µ campuran
= cp =
ρ campuran =
Kecepatan putaran = 50 - Diambil kecepatan putaran 100 mmin=
N = V
= =
rpm =
rps =
= P =
Mc. Cabe, pers 9-20, hal 253 Keterangan :
P = power motor pengaduk, Hp Kt = konstanta untuk jenis impeler =
Mc. Cabe, tab 9-2 hal. 252 N = kecepatan impeler =
rps Da = diameter impeler
gc = lb.ftlbf.det
2
P = =
ft.lbdet =
= hp
Bland loss = x
P = hp
Power input =
+ =
hp hp
+ =
hp
= hp =
hp 0.2
0.1923
Power motor = Effisiensi motor 80
0.1923 80
0.24 0.1602
Transmition system loss 20 = 0.0320 Power total =
0.1602 0.0320
10 0.0146
0.1457 0.0146
lbcuft
0.00012
1.6
32.174 80.11
80.11 550
0.1457 0.87
2173783 turbulen Joshi, hal. 389
328 ftmin
∏ . Da 328
6.28 52.23
µ
260.8540 150
mmin 74.916
74.916 0.172
0.172 0.00012
Nre = N x Da
2
x ρ lbft det
Kt . N
3
. Da
5
. ρ gc
Sehingga :
0.87 32.17
2577.5139
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 9
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
3. Penentuan poros dan coupling
Bahan konstruksi : type hot rolled carbon steel Permissible shear stress in shaft : f =
kgcm
2
Elasticity tension = kgcm
2
Modulus elasticity = kgcm
2
Panjang poros : Tinggi poros diatas reaktor ditetapkan=
1 ft Lp = T reaktor + T poros diatas reaktor - T poros dari dasar
= +
- =
ft
Diameter poros :
Torsi moment puntir Tc =
Joshi, pers 14.8 =
= Torsi maximum
Tm = Ditetapkan =
1.5 Tc Tm = 1.5 x
= fs = Tm
Joshi, pers. 14.9 Zp
keterangan : fs = shear stress
Zp = modulus polar section dari luasan poros dp = diameter poros
Zp = 16
Zp = Tm = =
fs dp
3
= dp
3
= dp =
cm cm
3
119.733925 3.14
38.1318 3.3
∏ x dp
3
4115.8537 550
7.4834 kg.m
1081.5080 39.4150
27.4390 kg.m
Hp x 75 x 60 2 x ∏ x N
27.4390 41.1585
1.5 - 2.5 Tc 2460
16.8 1
3.5 550
14.3 246
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 10
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
VI.E.1.c. Perhitungan Sistem Pendingin Kopling :
Untuk menghubungkan poros pengaduk dengan penggerak poros
Gaya tiap baut = Keterangan :
µ
= koefisien friksi antara poros dan sleeve = n = jumlah baut, ditetapkan = 4
d = diameter poros = 3.3 cm Tm =
P = =
˂ memenuhi
Luas baut, A = P = =
fs Diameter baut, D
= =
in Sehingga diameter coupling =
= 3 in
kgcm
2
2460
1 12 1576.7592
550 2.8668
cm
2
0.785 x A
0.5
8231.7073 ∏ x
µ
x d x 12n 2Tm
5.221 1576.7592
sleeve coupling
0.25
4115.8537 kg.m Joshi, hal. 405
2 x Dp Fungsi
Type :
Fungsi : Untuk menjaga suhu reaktor pada suhu 80
o
C. Rate pendingin =
Panas yang diserap = kkaljam
= Koeffisien perpindahan panas
Kern, pers. 20-4, hal. 722 hc =
k
23
C.
µ
13
µ
0.14
Di k
µo
dimana : L
= Da =
diameter impeler = 24 in =
2 ft N =
putaran pengaduk = rpm =
rph ρ = densitas campuran = 2.3
µ
= lbft.det =
lbft.jam C =
kapasitas panas =
btulb
o
F K =
konduktivitas larutan Di =
diameter dalam bejana = 8 ft
L
2
.N.ρ
µ
]
19712.97 394258.97
kgjam
[ ] [ ]
1561265.5 btujam 0.87
[
52.23 3134
lbcuft 0.00034
1.244 0.46
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 11
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
= =
= btuj.ft.
o
F
µ
0.14
= 1 anggapan tidak terjadi perubahan viscositas
µo
hc = 4 x
x
23 13
= x
x =
Untuk pendingin dalam coil : W air pendingin =
kgjam ρ = 2.3 lbcuft
Q air pendingin = cuftjam
Ukuran coil yang ekonomis antara 2 in - 2,5 in. Perry ed.6 hal. 11-30 Dipilih ukuran 2 in sch 40.
Dari Kern, diperoleh : OD
= =
ft ID
= =
ft External surfacelinear
= ft
2
ft at =
in
2
pipe = ft
2
pipe hio coil=
btuj.ft.
o
F Rd =
; hd =
= Uc =
= btuj.ft.
o
F Ud =
= btuj.ft.
o
F
] [
Kmix 0.0067
sg [ 1 - 0,0003t - 32]
0.0067
0.87 0.0044
2
[
1.445 [ 1 - 0.0003 212 - 32]
0.0044
] [ ]
1.244 0.572
0.004 3134
74.92 7575.3127
0.002 4.9901
72.1267 btuj.ft.
o
F
19712.97 377117.28
2.38 2.067
3.35 0.198
0.172
0.005 0.005
1 200
0.622
1500 0.023
hio x ho hio + ho
68.8177 Uc . hd
Uc + hd 51.2003
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 12
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Luas perpindahan panas
SPESIFIKASI : 1. Reaktor
Nama Alat : Reaktor Berpengaduk R – 223
Fungsi : Mereaksikan CaO dan H
2
O menjadi CaOH
2
Type : Silinder tegak dengan tutup atas dished head dan tutup
bawah berbentuk conis dilengkapi dengan coil pendingin.
Bahan Konstruksi : Carbon steel , SA – 283 Grade C
Dasar Pemilihan : - Fase zat yang bereaksi solid - liquid
- Tekanan operasi digunakan tekanan 14,7 psia - Bahan tidak korosif digunakan coil pendingin
Luas perpindahan panas ∆ LMTD =
o
F A =
= ft
2
x Luas per lilitan ∏ x
Di x =
ft
2
Banyak lilitan = =
18 Jarak lilitan ditetapkan
3 in = ft
Jarak coil dari dasar tangki = 3 ft Tinggi coil =
= ft
Tinggi larutan = 15 ft jadi coil bisa dipakai
Panjang coil = A = Af
= linear ft
18.0705 108
51.200 108
1561265.54
0.25 N x OD + [ N-1 x S]
453.9316 6.785
282.34546 0.622
lilitan 282.3455
0.622 15.625
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 13
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
Kondisi Operasi : Suhu Operasi
= 80 °
C Tekanan Operasi = 14,7 psia
Waktu Tinggal : 0,25 jam
Proses Operasi : steady state – continous reactor
Jumlah : 1 buah
Dimensi Shell :
Tinggi total tangki : 16,8 ft
Tinggi Shell : 12,6 ft
Diameter Shell , inside : 96 in
Tebal Shell : 14 in
Dimensi tutup :
Tebal tutup atas : 15 in
Tebal tutup bawah : 15 in
Tinggi Tutup Atas : 1,5 ft
Tinggi Tutup Bawah : 3,5 ft
2. Coil pendingin
Tinggi : 6,785 ft
Diameter impeler : 2 ft
Jumlah lilitan : 18 lilitan
3. Pengaduk
- Type : flat blade turbin dengan 6 blade
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
V I- 14
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
- Jumlah pengaduk : 1 buah
- Dimensi :
Lebar blade :
4.8 Panjang blade
: 6
Diameter impeler :
24 Lebar baffle
: 6
Type poros :
hot rolled carbon steel Diameter poros
: in
Panjang poros :
ft Putaran pengaduk :
rpm Tenaga motor
: hp
Type coupling :
sleeve coupling Ukuran baut penahan :
in Jumlah baut
: 4
Diameter coupling : 3 in
1 12 0.2
14.3 52.23
1.3
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
VII- 1
Pra Rencana Pabrik Calcium Hidroksida Dari Calcium Carbonat Dengan Proses Dorrco Fluosolids Calciner
BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
