Volume tangki Diameter dan tinggi tutup Tebal shell tangki Tebal tutup tangki

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

Volume larutan, V l = 3 kgm 1834 jamhari 24 hari 10 kgjam 1.535,216 × × = 200,901 m 3 Volume larutan untuk 1 tangki = 200,901 m 3 Volume tangki, V t = 1 + 0,2 × 200,901 m 3 = 241,0816 m 3

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 Universitas Sumatera Utara 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 241,0816 m 3 = 3 π.D 48 17 D i = 6,0072 m = 236,5058 in H s = 7,5090 m

c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 6,0072 m H h = ×       = ×       4 1 D D Hh 6,0072 = 1,5018 m H t Tinggi tangki = H s + H h = 9,0108 m

d. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki = 3 3 m 241,0816 m 200,9014 × 9,0108 m = 6,2575 m P Hidrostatik = ρ × g × l = 18,34 kgm 3 x 9,8 mdet 2 × 6,2575 m = 112,4682 kPa P operasi = Tekanan udara = 1 atm = 101,325 kPa P total = 112,4682 kPa + 101,325 kPa = 213,7932 kPa Faktor kelonggaran 20 P design = 1,2 213,7932 = 256,5518kPa 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 : Universitas Sumatera Utara in 0,42 in 0,02 m 0,0254 in 1 m 0,0101 tahun 10 tahun in 0,002 kPa 18 1,2256,55 kPa0,8 825 294.802,5 m 6,0072 kPa 256,5518 A C 1,2P E . 2S D . P t = +       =       × + − = × + − = Tebal shell standard yang digunakan = 15 in Brownell, 1959

e. Tebal tutup tangki

in 0,42 in 0,02 m 0,0254 in 1 m 0,0101 tahun 10 tahun in 0,002 kPa 18 0,2256,55 kPa0,8 825 294.802,5 m 6,0072 kPa 256,5518 A C 0,2P 2SE PD t = +       =       × + − = × + − = Tebal tutup standard yang digunakan = 15 in Brownell, 1959

8. Pompa Asam Sulfat J-302

Fungsi : Memompa campuran Asam Sulfat dari tangki penyimpanan Asam Sulfat TT-103 ke Absorber T-301 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 50 atm T = 20 C Laju alir massa F = 1.535,2216 kgjam = 0,9402 lbms Densitas ρ = 171,4835 kgm 3 = 10,7054 lbmft 3 Viskositas µ = 28,6369 cP = 0,0192 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 10,7054 lbms 0,9402 = 0,0878 ft 3 s Desain pompa : Universitas Sumatera Utara Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Timmerhaus, 1991 = 3,9 0,0878 ft 3 s 0,45 10,7054 lbmft 3 0,13 = 1,7764 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 2 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 2,067 in = 0,1723 ft Diameter Luar OD : 2,3750 in = 0,1979 ft Inside sectional area : 0,0233 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 0,0233ft s 0,0878ft = 4,2413 fts Bilangan Reynold : N Re = μ D ρ × × v = lbmft.s 0,0192 ft 23 fts0,17 4,2413 lbmft 10,7054 3 = 4.064,118 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 Pada N Re = 4.064,118 dan εD = 0,12ft 0,00015ft = 0,009 Maka, harga f = 0,0150 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 4,2413 1 2 − = 0,1398ft.lbflbm 2 Elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,75 174 , 32 2 2413 , 4 2 = 0,4139 ft.lbflbm 1 Check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 2413 , 4 2 = 0,5591 ft.lbflbm Universitas Sumatera Utara Pipa lurus 30 ft = F f = 4f c 2 D.2.g ΔL.v = 40,015 174 , 32 . 2 . 1723 , 4,2413 . 30 2 = 2,9213 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c 2 2 2 1 2. α. A A 1 g v     − = 174 , 32 1 2 4,2413 1 2 − = 0,2796 ft.lbflbm Total friction loss : ∑F = 4,3191 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 = P 2 ∆Z = 20 ft W ft.lbflbm 4,3191 ft 20 .s ft.lbmlbf 32,174 fts 32,174 s 2 2 = + + + + Ws = 24,3191 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η x Wp 24,3191 = - 0,8 x Wp Wp = 30,3988 ft.lbflbm Daya pompa : P = m × Wp = ft.lbflbm 30,3988 lbms 3600 0,45359 0,9402 × × ft.lbfs 550 hp 1 = 0,0520hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 14 hp Universitas Sumatera Utara

9. Kompresor JC-103

Fungsi : Menaikkan tekanan udara sebelum dipanaskan dalam heater E-213 Jenis : Centrifugal compressor Jumlah : 1 unit           −           = − − 1 P P 1 - k k q P 2,78.10 hp k 1 k 1 2 fm 1 4 i Timmerhaus, 2004 Di mana : q fm i = Laju alir ft 3 menit P 1 = Tekanan masuk = 0,5 bar = 285,5078 lbfft 2 P 2 = Tekanan keluar = 3,5 bar = 1.198,554 lbfft 2 k = Rasio panas spesifik = 1,4 Perry, 1999 Data: Laju alir massa = 29.926,8518 kgjam udara ρ = 0,9841 kgm 3 = 0,0614 lbmft 3 Laju alir volum q fm i = 3 kgm 0,9841 kgjam 8 29,926.851 = 30.410,377 m 3 jam = 298,3148 ft 3 detik hp =           −       × × × − − 1 5078 , 285 554 . 198 , 1 1 - 1,4 1,4 298,3148 285,5078 10 . 78 , 2 4 , 1 1 4 , 1 4 = 61,6265 hp Efisiensi motor adalah 85 Timmerhaus, 2004 maka : P = hp 501 , 72 85 , 61,6265 = ; maka dipilih kompresor dengan daya 73 hp Diameter pipa ekonomis De dihitung dengan persamaan : Universitas Sumatera Utara De = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Timmerhaus, 2004 = 3,9 298,3148 0,45 0,0614 0,13 = 35,25 in Dipilih material pipa stainless steel 36 inci Sch 10 : Diameter dalam ID = 35,25 in Diameter luar OD = 22 in Luas penampang dalam Ai = 5,63 ft 2

10. Heater E-213

Fungsi : Menaikkan temperatur campuran gas sebelum masuk ke Reaktor R-201 Jenis : 2 – 4 shell and tube exchanger Dipakai : 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 16 ft, 4 pass Fluida panas Laju alir fluida panas = 5.735,998 kgjam = 12.645,777 lb m jam Temperatur awal T 1 = 276 °C = 528,8 °F Temperatur akhir T 2 = 276 °C = 528,8 °F Fluida dingin Laju alir fluida dingin = 29.926,852 kgjam = 65.977,759 lb m jam Temperatur awal t 1 = 25 °C = 77 °F Temperatur akhir t 2 = 250 °C = 482 °F Panas yang diserap Q = 8.996.912,964 kJjam = 8.527.394,616 Btujam 1 ∆t = beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 528,8 °F Temperatur yang lebih tinggi t 2 = 482 °F ∆t 1 = 46,8 °F T 2 = 528,8 °F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 77 °F ∆t 2 = 451,8 °F T 1 – T 2 = 0 °F Selisih t 2 – t 1 = 405 °F ∆t 2 – ∆t 1 = 405 °F       =     − = 46,8 451,8 ln 405 Δt Δt ln Δt Δt LMTD 1 2 1 2 = 178,662 °F Universitas Sumatera Utara 1 405 405 t t T T R 1 2 1 2 = = − − = 896 , 77 - 528,8 405 t T t t S 1 1 1 2 = = − − = Dari Gambar 18, Kern, 1965 diperoleh F T = 0,75 Maka, ∆t = F T × LMTD = 0,75 × 178,622 = 133,967 °F 2 T c dan t c = + = + = 2 8 , 528 8 , 528 2 T T T 2 1 c 528,8 °F = + = + = 2 482 77 2 t t t 2 1 c 279,5 °F Dalam perancangan ini digunakan vaporizer dengan spesifikasi : Diameter luar tube OD = 1 in Jenis tube = 18 BWG Pitch P T = 1 14 in square pitch Panjang tube L = 16 ft Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida dingin gas, diperoleh U D = 100-200, dan faktor pengotor R d = 0,001 Diambil U D = 150 Btujam ⋅ft 2 ⋅°F Luas permukaan untuk perpindahan panas : 2 o o 2 D ft 354 , 424 F 6865 , 25 F ft jam Btu 150 Btujam 616 8.527.394, Δt U Q A = × ⋅ ⋅ = × = Luas permukaan luar a ″ = 0,2618 ft 2 ft Tabel 10-Kern, 1965 Jumlah tube, 788 , 122 ft ft 2618 , ft 6 1 ft 424,354 a L A N 2 2 t = × = × = buah Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 128 tube dengan ID shell 19.250 in. Koreksi U D Universitas Sumatera Utara 2 t ft 368 , 442 ft2ft 0,2618 128 ft 16 a N L A = × × = × × = F ft jam Btu 919 , 107 F 133,967 ft 368 , 442 Btujam 616 8.527.394, Δt A Q U 2 2 D ° ⋅ ⋅ = ° × = ⋅ = Fluida panas : tube steam 3 Flow area tube, a t ’ = 0,639 in 2 Tabel 10, Kern, 1965 n 144 a N a t t t × × = Pers.7.48, Kern, 1965 = × × = 4 144 0,639 128 a t 0,018 ft 2 4 Kecepatan massa t t a w G = Pers. 7.2-Kern, 1965 = = 0,3106 12.645.,77 G t 19.789,949 lb m jam.ft 2 5 Bilangan Reynold Pada T c = 528,8 °F µ = 0,096 cP = 0,233 lb m ft 2 ⋅jam Gambar 14- Kern, 1965 Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 0,902 in = 0,0752 ft µ × = t t G ID Re Pers.7.3- Kern, 1965 = × = 233 , 19.789,949 0752 , Re t 6.374,949 Taksir j H dari Gambar 24-Kern 1965, diperoleh j H = 26 pada Re t = 6.374,959 Pada T c = 528,8 °F c = 0,85 Btulb m . °F Gambar 2-Kern, 1965 k = 0,021 Btujam lb m ft. °F Tabel 5-Kern, 1965 =       × =       3 1 3 1 0,021 0,233 0,85 k c. μ 2,114 Universitas Sumatera Utara 3 1 t i k . c ID k jH h       µ × × = ϕ = × × = 2,114 0,902 0,021 26 h t i ϕ 9,322 8,409 1 0,902 9,322 h OD ID h h t io t i t io = × = × = ϕ ϕ ϕ 9 Karena viskositas rendah, maka diambil t ϕ = 1 Kern, 1965 F ft Btujam 8,409 1 8,409 h h h o 2 io t t io io = × = × = ϕ ϕ Fluida dingin : shell Udara 3’ Flow area shell 2 T s s ft P 144 B C D a × × × = Pers. 7.1- Kern, 1965 Di mana : D s = Diameter dalam shell = 19,25 in B = Baffle spacing = 5 in P T = Tube pitch = 1 1 4 in C ′ = Clearance = P T – OD = 1 1 4 – 1 = 0,25 in = × × × = 1,25 144 5 0,25 19,25 a s 0,401 ft 2 4’ Kecepatan massa s s a w G = Pers. 7.2- Kern, 1965 1 164.551,97 0,401 65.977,759 G s = = lb m jam.ft 2 5’ Bilangan Reynold Pada t c = 279,5 o F µ = 0,023 cP = 0,054 lb m ft 2 ⋅jam Universitas Sumatera Utara Dari Gambar 28, Kern, untuk 1 in dan 1 1 4 square pitch, diperoleh D e = 0,99 in. De = 0,9912 = 0,0825 ft µ × = s e s G D Re Pers. 7.3-Kern, 1965 623 , 266 . 249 054 , 971 , 551 . 164 0,0825 Re = × = s 6 ′ Taksir J H dari Gambar 28, Kern, diperoleh J H = 320 pada Re s = 249.266,623 7’ Pada t c = 279,5 F c = 0,25 Btulb m ⋅°F k = 0,020Btujam lb m ft. °F 0,881 0,020 0,054 0,25 k c. μ 3 1 3 1 =       × =       8’ 3 1 e H s o k . c D k J h       µ × × = ϕ 68,11 0,881 0,825 0,020 320 h s o = × × = ϕ 9’ Karena viskositas rendah, maka diambil s ϕ = 1 Kern, 1965 F ft Btujam 68,11 1 68,11 h h o 2 s s o o = × = × = ϕ ϕ 10 Clean Overall Coefficient, U C F . ft . Btujam 483 , 7 11 , 68 409 , 8 11 , 68 409 , 8 h h h h U 2 o io o io C ° = + × = + × = Pers. 6.38- Kern, 1965 11 Faktor pengotor, R d 0127 , 143,892 483 , 7 892 , 143 483 , 7 U U U U R D C D C d = × − = × − = Pers. 6.13- Kern, 1965 R d hitung ≥ R d ketentuan, maka spesifikasi pendingin dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : sisi tube 1 Untuk Re t = 6.374,842 f = 0,002 ft 2 in 2 Gambar 26- Kern, 1965 s = 0,713 Tabel 6- Kern, 1965 φ t = 1 Universitas Sumatera Utara 2 t φ s ID 10 10 5,22 n L 2 t G f t ΔP ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Pers. 7.53- Kern, 1965 1 0,713 0,0752 10 10 5,22 4 16 2 49 ., 789 . 19 0,002 t ΔP × × × ⋅ × × × = = 0,001 psi 3 Dari Gambar 27, Kern, 1965 diperoleh 2g 2 v = 0,001 psi 2019 , .0,001 0,713 4.4 2g 2 V . s 4n r ΔP = = = ∆P T = ∆P t + ∆P r = 0,001 psi + 0,2019 psi = 0,2 psi ∆P t yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : sisi shell 1 ′ Untuk Re s = 249.266,623 f = 0,090 ft 2 in 2 Gambar 29- Kern, 1965 φ s = 1 s = 0,610 2 ′ B L 12 1 N × = + 5 16 12 1 N × = + = 12,8 Pers. 7.43- Kern, 1965 D s = 19,2512 = 1,604 ft 3 ′ s .s. e D . 10 10 . 22 , 5 1 N . s D . 2 s G f. s P ϕ + = ∆ Pers. 7.44- Kern, 1965 1 0,610 0,0825 10 10 . 22 , 5 12,8 1,604 2 71 164.515,9 0,090 s P × × × × × × = ∆ = 0,979 psi ∆P s yang diperbolehkan = 10 psi Universitas Sumatera Utara

11. Reaktor Fluidized Bed R-201

Fungsi : tempat berlangsungnya reaksi oksidasi terhadap Ammonia dan Propena hingga terbentuknya Acrylonitrile. Bentuk : silinder vertikal dengan tutup dan alas ellipsoidal Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA – 301 Grade B Jumlah : 1 unit Sifat-sifat katalis Kunii Levenspiel, 1969 : Ukuran partikel rata-rata = 5,1 μ Densitas padatan ρs = 2,5 gcm 3 = 2,5 × 10 3 kgm 3 Fraksi ruang kosong pada unggun ε = 0,5 Fraksi ruang kosong saat fluidisasi minimum ε mf = 0,6 Sifat-sifat gas Kunii Levenspiel, 1969 : Densitas gas ρ g = 1 × 10 -3 gcm 3 = 1 kgm 3 Viskositas gas μ = 4 × 10 -4 gcm.s = 4 × 10 -2 cP Volume reaktor Waktu tingggal τ = 5 detik Dimian Bildea, 2008 τ = Q V r V V = τ × gas gas F ρ = 5 detik × 3 kgm 1 kgdetik 307 , 3 1 = 66,535 m 3 V = ε × V r V T = 5 , m 66,535 3 = 133,07 m 3 Ukuran reaktor fluidized bed Volume fluidized bed reactor = 133,07 m 3 Perbandingan tinggi reaktor dengan diameter reaktor H s : D = 8 : 1 Geankoplis, 2003 Universitas Sumatera Utara Volume silinder V s = 4 π × D 2 × H s = 4 π × D 3 Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga : Tinggi tutup H h = 1 4 × D Brownell,1979 Volume 2 tutup V h ellipsoidal = 4 π × D 2 × H h × 2 = 4 π × D 2 ×       × D 4 1 × 2 = 8 π × D 3 V t = V s + V h Brownell, 1979 V t = 4 π × D 3 + 8 π × D 3 V t = 8 3 π × D 3 Diameter reaktor : D = 3 3 3 3 π m 133,07 8 3 π Vt 8 × = ≈ 4,8339 m = 190,3106 in Tinggi silinder H s = 8 × D = 8 × 4,8339 m = 38,6712 m Tinggi tutup ellipsoidal H h = 1 4 × D = 1 4 × 4,8339 m = 1,2085 m Tinggi fluidized bed reactor H T = H s + H h × 2 = 38,6712 m + 1,2085 × 2 m = 41,0882 m Ukuran Bed Diameter bed = diameter reaktor = 4,8339 m Tinggi bed untuk konversi 98 L m = 604,7318 cm = 6,0473 m Volume bed V o = V T - V V = 133,07 – 66,535 m 3 = 66,535 m 3 Universitas Sumatera Utara Massa katalis = ρ × V = 2,5 × 10 3 kgm 3 × 66,535 m 3 = 166.337,5 kg Tebal dinding reaktor Tekanan operasi = 350 kPa Faktor kelonggaran = 5 Maka, P Desain = 1 + 0,05 350 kPa = 368 kPa Joint efficiency = 0,8 Brownell,1959 Allowable stress = 14.288 psia =98.512,3309 kPa Brownell,1959 t = P 2 , 1 SE 2 PD − = kPa 350 2 , 1 8 , kPa 3309 , 512 . 98 2 m 4,8339 kPa 368 − = 0,0113 m = 0,4449 in Faktor korosi = 0,125 in Maka tebal tube yang dibutuhkan = 0,4449 in + 0,125 in = 0,5699 in Tebal tube standard yang digunakan = ¾ in Brownell,1959 Perancangan pipa pendingin Fluida panas umpan masuk : Laju alir masuk = 47.905,1794 kgjam = 105.613,3941 lb m jam Temperatur awal = 450 o C = 842 o F Temperatur akhir = 450 o C = 842 o F Fluida dingin refrigerant : Laju refrigerant = 239.402,2289 kgjam = 527.794,3272 lb m jam Temperatur awal = - 80 °C = - 112 °F Temperatur akhir = 200°C = 392 °F Panas yang diserap Q = 71.023.938,0472 kJjam = 67.317.439,8112 btujam Universitas Sumatera Utara Tabel LC.2 Data Beda Suhu Sebenarnya ∆t Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 842 °F Temperatur yang lebih tinggi t 2 = - 112 °F ∆t 1 = 450 °F T 2 = 842 °F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 392 °F ∆t 2 = 954 °F T 2 – T 1 = 0 °F Selisih t 2 – t 1 = 504 °F ∆t 2 – ∆t 1 = 504 °F F ,734 70 6 450 954 ln 504 Δt Δt ln Δt Δt LMTD o 1 2 1 2 =       =     − = 504 t t T T R 1 2 1 2 = = − − = 0,528 112 842 504 t T t t S 1 1 1 2 = − − = − − = Untuk R = 0, maka ∆t = LMTD = 670,734 °F Pipa yang dipilih Tabel 11-Kern, 1965 : Ukuran nominal = 24 in Schedule = 20 ID = 23,25 in = 1,9375 ft OD = 24 in = 2 ft Surface perlin ft = 6,283 ft 2 ft Flow area per pipe = 425 in 2 Panjang = 7 m = 22,9659 ft Fluida Panas : Sisi Pipe Umpan 1 a t ’ = 425 in 2 = 2,9514 ft 2 Tabel 11-Kern, 1965 t t a W G = ,3029 784 . 5 3 ft 2,9514 jam lb 41 105.613,39 G 2 m t = = lb m jam.ft 2 2 Pada T c = 842 °F µ = 0,04 cP = 0,0968 lb m jam.ft Re t μ G D t × = Universitas Sumatera Utara Re t 037 , 507 . 716 jam.ft lb 0968 , jam.ft lb 3029 , 784 . 35 ft 9375 , 1 m 2 m = × = Dari Gambar. 24, Kern, diperoleh j H = 1000 Cp g = 0,25 btulb m . °F k = 0,03142 btujam. lb m .ft. °F h i = 3 1 H k . c D k j       × × µ h i = 8632 , 4 1 0,03142 0968 , 25 , 9375 , 1 0,03142 1000 3 1 =       × × × h io = OD ID h i × h io = 14,3988 24 25 , 23 14,8632 = × Fluida Dingin : Sisi Shell Refrigerant 1’ G’ = 9659 , 2 2 2 72 527.794,32 L 2 W × = = 11.490,8365 lb m jam.ft 2’ Pada t c = 140 °F µ = 0,56 cP = 1,3547 lb m jam.ft Re = 4G’ µ = 4 × 11.490,83651,3547 = 33.928,9006 Dari Gambar. 28, Kern, diperoleh j H = 99 3’ h o = 3 1 H OD G j       × = 3 1 2 8365 , 490 . 11 99       × = 1.773,1375 U c = F . btujam.ft 2828 , 4 1 1375 , 773 . 1 8632 , 4 1 1375 , 773 . 1 8632 , 4 1 h h h h 2 o io o io ° = + × = + × R d = 0,001, h d = 001 , 1 = 1000 U D = 000 1 2828 , 4 1 000 1 2828 , 4 1 h U h U d c d c + × = + × = 14,0817 Universitas Sumatera Utara A = 734 , 70 6 0817 , 14 ,8112 67.317.439 Δt U Q D × = × = 7.127,2772 ft 2 Luas permukaan setiap pipa = 6,283 ft 2 ft × 22,9659 ft = 144,2946 ft 2 Jumlah pipa vertikal = 2946 , 144 2772 , 127 . 7 = 49,3939 ≈ 50 buah

12. Boiler Feed Water E-201

Fungsi : Menurunkan temperatur campuran gas sebelum masuk ke Kolom Absorpsi T-301 Jenis : 2 – 4 shell and tube exchanger Dipakai : 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 16 ft, 4 pass Fluida panas Laju alir fluida panas = 47.572,6145 kgjam = 104.880,210 lb m jam Temperatur awal T 1 = 450 °C = 842 °F Temperatur akhir T 2 = 128 °C = 262,4 °F Fluida dingin Laju alir fluida dingin = 4.385,1746 kgjam = 9.667,7056 lb m jam Temperatur awal t 1 = 25 °C = 77 °F Temperatur akhir t 2 = 254 °C = 489,2 °F Panas yang diserap Q = 21.031.265,25 kJjam = 19.933.714,91 Btujam 1 ∆t = Beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 842 °F Temperatur yang lebih tinggi t 2 = 489,2 °F ∆t 1 = 352,8 °F T 2 = 262,4 °F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 77 °F ∆t 2 = 185,4 °F T 1 – T 2 = 579,6 °F Selisih t 2 – t 1 = 412,2 °F ∆t 2 – ∆t 1 = -167,4 °F       =     − = 352,8 185,4 ln 167,4 - Δt Δt ln Δt Δt LMTD 1 2 1 2 = 260,186 °F 406 , 1 412,2 579,6 t t T T R 1 2 1 2 = = − − = Universitas Sumatera Utara 538 , 77 - 842 412,2 t T t t S 1 1 1 2 = = − − = Dari Gambar 18, Kern, 1965 diperoleh F T = 0,89 Maka ∆t = F T × LMTD = 0,89 × 260,186 = 231,565 °F 2 T c dan t c = + = + = 2 4 , 262 842 2 T T T 2 1 c 552,2 °F = + = + = 2 2 , 489 77 2 t t t 2 1 c 283,1 °F Dalam perancangan ini digunakan vaporizer dengan spesifikasi : Diameter luar tube OD = 1 in Jenis tube = 18 BWG Pitch P T = 1 14 in square pitch Panjang tube L = 16 ft Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida dingin gas, diperoleh U D = 100-200, dan faktor pengotor R d = 0,001 Diambil U D = 150 Btujam ⋅ft 2 ⋅°F Luas permukaan untuk perpindahan panas, 2 o o 2 D ft 882 , 573 F 565 , 231 F ft jam Btu 150 Btujam ,91 19.933.714 Δt U Q A = × ⋅ ⋅ = × = Luas permukaan luar a ″ = 0,2618 ft 2 ft Tabel 10-Kern, 1965 Jumlah tube, 053 , 166 ft ft 2618 , ft 6 1 ft 573,882 a L A N 2 2 t = × = × = buah Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 192 tube dengan ID shell 23,25 in. Koreksi U D 2 t ft 552 , 663 ft2ft 0,2618 192 ft 16 a N L A = × × = × × = F ft jam Btu 729 , 129 F 231,565 x ft 552 , 663 Btujam ,91 19.933.714 Δt A Q U 2 2 D ° ⋅ ⋅ = ° = ⋅ = Universitas Sumatera Utara Fluida panas : tube bahan 3 Flow area tube,a t ’ = 0,639 in 2 Tabel 10-Kern, 1965 n 144 a N a t t t × × = Pers.7.48-Kern, 1965 = × × = 4 144 0,639 192 a t 0,213 ft 2 4 Kecepatan massa t t a w G = Pers. 7.2- Kern, 1965 = = 0,213 01 104.880,21 G t 492.395,353 lb m jam.ft 2 5 Bilangan Reynold: Pada T c = 552,2 °F µ = 0,0018 cP = 0,026 lb m ft 2 ⋅jam Gambar 14- Kern, 1965 Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 0,902 in = 0,0752 ft µ × = t t G ID Re Pers.7.3-Kern, 1965 = × = 026 , 3 492.395,35 0752 , Re t 1.422.126,142 Taksir jH dari Gambar 24 Kern 1965, diperoleh jH = 7 pada Re t = Pada T c = 552,2 °F : c = 0,09 Btulb m . °F Gambar 2- Kern, 1965 k = 0,026 Btujam lb m ft. °F Tabel 5-Kern, 1965 =       × =       3 1 3 1 0,026 0,026 0,09 k c. μ 2,393 3 1 t i k . c ID k jH h       µ × × = ϕ = × × = 2,393 0,902 0,026 7 h t i ϕ 1,09 Universitas Sumatera Utara 0,981 1 0,902 1,09 h OD ID h h t io t i t io = × = × = ϕ ϕ ϕ 9 Karena viskositas rendah, maka diambil t ϕ = 1 Kern, 1965 F ft Btujam 0,981 1 0,981 h h h o 2 io t t io io = × = × = ϕ ϕ Fluida dingin : shell air umpan boiler 3’ Flow area shell 2 T s s ft P 144 B C D a × × × = Pers. 7.1-Kern, 1965 D s = Diameter dalam shell = 23,25 in B = Baffle spacing = 5 in P T = Tube pitch = 1 1 4 in C ′ = Clearance = P T – OD = 1 1 4 – 1 = 0,25 in = × × × = 1,25 144 5 0,25 23,25 a s 0,484 ft 2 4’ Kecepatan massa s s a w G = Pers. 7.2-Kern, 1965 19.959,134 0,484 9.667,7056 G s = = lb m jam.ft 2 5’ Bilangan Reynold Pada t c = 283,1 F : µ = 0,195 cP = 0,4719 lb m ft 2 ⋅jam Dari Gambar 28, Kern, untuk 1 in dan 1 1 4 square pitch, diperoleh D e = 0,99 in. De = 0,9912 = 0,0825 ft µ × = s e s G D Re Pers. 7.3-Kern, 1965 Universitas Sumatera Utara 359 , 459 . 3 4719 , 134 , 959 . 19 0,0825 Re = × = s 6 ′ Taksir J H dari Gambar 28, Kern, diperoleh J H = 35 pada Re s = 3.459,359 7’ Pada t c = 283,1 F c = 0,814 Btulb m ⋅°F k = 0,028 Btujam lb m ft. °F 2,3938 0,028 0,4719 0,814 k c. μ 3 1 3 1 =       × =       8’ 3 1 e H s o k . c D k J h       µ × × = ϕ 28,4 2,3938 0,825 0,028 35 h s o = × × = ϕ 9’ Karena viskositas rendah, maka diambil s ϕ = 1 Kern, 1965 F ft Btujam 28,4 1 28,4 h h o 2 s s o o = × = × = ϕ ϕ 10 Clean Overall Coefficient, U C F . ft . Btujam 948 , 4 , 28 98 , 4 , 28 98 , h h h h U 2 o io o io C ° = + × = + × = Pers. 6.38-Kern, 1965 11 Faktor pengotor, R d 105 , 129,729 948 , 729 , 129 948 , U U U U R D C D C d = × − = × − = Pers. 6.13-Kern, 1965 R d hitung ≥ R d ketentuan, maka spesifikasi pendingin dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : sisi tube 1 Untuk Re t = 1.422.126,142 f = 0,001 ft 2 in 2 Gambar 26-Kern, 1965 s = 0,024 Tabel 6-Kern, 1965 φ t = 1 2 t φ s ID 10 10 5,22 n L 2 t G f t ΔP ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Pers. 7.53-Kern, 1965 Universitas Sumatera Utara 1 0,024 0,0752 10 10 5,22 4 16 2 142 , 126 . 422 . 1 0,001 t ΔP × × × ⋅ × × × = = 0,1982 psi 3 Dari Gambar 27, Kern, 1965 diperoleh 2g 2 V = 0,001 psi 21 , .0,001 0,024 4.4 2g 2 V . s 4n r ΔP = = = ∆P T = ∆P t + ∆P r = 0,1982 psi + 0,21 psi = 0,4 psi ∆P t yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : sisi shell 1 ′ Untuk Re s = 3.489,359 f = 0,001 ft 2 in 2 Gambar 29- Kern, 1965 φ s = 1 s = 0,610 2 ′ B L 12 1 N × = + 5 16 12 1 N × = + = 12,8 Pers. 7.43-Kern, 1965 D s = 23,2512 = 1,9375 ft 3 ′ s .s. e D . 10 10 . 22 , 5 1 N . s D . 2 s G f. s P ϕ + = ∆ Pers. 7.44-Kern, 1965 1 0,610 0,0825 10 10 . 22 , 5 12,8 1,9375 2 3.489,359 0,001 s P × × × × × × = ∆ = 0,81 psi ∆P s yang diperbolehkan = 10 psi

13. Cooler E-101

Fungsi : Menurunkan temperatur campuran gas sebelum masuk ke Kolom Absorpsi T-301 Jenis : 3 – 6 shell and tube exchanger Universitas Sumatera Utara Dipakai : 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 16 ft, 6 pass Fluida panas Laju alir fluida panas = 6.493,5365 kgjam = 14.315,8722 lb m jam Temperatur awal T 1 = 128 °C = 262,4 °F Temperatur akhir T 2 = 25 °C = 77 °F Fluida dingin Laju alir fluida dingin = 28.212,6742 kgjam = 62.198,6247 lb m jam Temperatur awal t 1 = 28 °C = 82,4 °F Temperatur akhir t 2 = 68 °C = 154,4 °F Panas yang diserap Q = 4.724.776,55 kJjam = 4.478.206,497 Btujam 1 ∆t = Beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 262,4 °F Temperatur yang lebih tinggi t 2 = 28 °F ∆t 1 = 108 °F T 2 = 77 °F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 68 °F ∆t 2 = 5,4 °F T 1 – T 2 = 185,4 °F Selisih t 2 – t 1 = 72 °F ∆t 2 – ∆t 1 = 102,6 °F       =     − = 185,4 72 ln 102,6 Δt Δt ln Δt Δt LMTD 1 2 1 2 = 34,2487 °F 575 , 2 72 185,4 t t T T R 1 2 1 2 = = − − = 4 , 68 262,4 72 t T t t S 1 1 1 2 = − = − − = Dari Gambar 18, Kern, 1965 diperoleh F T = 0,75 Maka ∆t = F T × LMTD = 0,75 × 34,2487 = 25,6865°F 2 T c dan t c = + = + = 2 77 4 , 262 2 T T T 2 1 c 169,7 °F Universitas Sumatera Utara = + = + = 2 28 68 2 t t t 2 1 c 118,4 °F Dalam perancangan ini digunakan vaporizer dengan spesifikasi : Diameter luar tube OD = 1 in Jenis tube = 18 BWG Pitch P T = 1 14 in square pitch Panjang tube L = 16 ft Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, heater untuk fluida panas steam dan fluida dingin gas, diperoleh U D = 100-200, dan faktor pengotor R d = 0,001. Diambil U D = 150 Btujam ⋅ft 2 ⋅°F Luas permukaan untuk perpindahan panas : 2 o o 2 D ft 689 , 526 . 1 F 6865 , 25 F ft jam Btu 150 Btujam 55 4.724.776, Δt U Q A = × ⋅ ⋅ = × = Luas permukaan luar a ″ = 0,2618 ft 2 ft Tabel 10-Kern Jumlah tube, 4694 , 364 ft ft 2618 , ft 6 1 ft 1.526,89 a L A N 2 2 t = × = × = buah Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 420 tube dengan ID shell 33 in. Koreksi U D 2 t ft 296 , 759 . 1 ft2ft 0,2618 420 ft 16 a N L A = × × = × × = F ft jam Btu 1676 , 130 F 25,6865 x ft 296 , 759 . 1 Btujam 55 4.724.776, Δt A Q U 2 2 D ° ⋅ ⋅ = ° = ⋅ = Fluida panas : tube steam 3 Flow area tube,a t ’ = 0,639 in 2 Tabel 10-Kern, 1965 n 144 a N a t t t × × = Pers.7.48-Kern, 1965 = × × = 6 144 0,639 420 t a 0,3106 ft 2 4 Kecepatan massa Universitas Sumatera Utara t t a w G = Pers. 7.2-Kern, 1965 = = 0,3106 55 4.724.776, G t 46.087,32 lb m jam.ft 2 5 Bilangan Reynold Pada T c = 169,7 °F µ = 0,3482 cP = 0,8427 lb m ft 2 ⋅jam Gambar 14- Kern, 1965 Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh : ID = 0,902 in = 0,0752 ft µ × = t t G ID Re Pers.7.3, Kern, 1965 = × = 0,3482 46.087,32 0,0752 Re t 4.110,788 6 Taksir jH dari Ganbar 24 Kern 1965, diperoleh jH = 50 pada Re t = 4.110,788 Pada T c = 169,7 °F c = 0,8427 Btulb m . °F Gambar 2- Kern, 1965 k = 0,38 Btujam lb m ft. °F Tabel 5-Kern, 1965 =       × =       3 1 3 1 0,38 0,3482 0,8427 k c. μ 1,5744 3 1 t i k . c ID k jH h       µ × × = ϕ = × × = 1,5744 0,902 0,38 3 h t i ϕ 404,7833 365,1114 1 0,902 404,7833 h OD ID h h t io t i t io = × = × = ϕ ϕ ϕ 9 Karena viskositas rendah, maka diambil t ϕ = 1 Kern, 1965 F ft Btujam 365,1114 1 365,1114 h h h o 2 io t t io io = × = × = ϕ ϕ Fluida dingin : shell bahan Universitas Sumatera Utara 3’ Flow area shell 2 T s s ft P 144 B C D a × × × = Pers. 7.1-Kern, 1965 D s = Diameter dalam shell = 33 in B = Baffle spacing = 5 in P T = Tube pitch = 1 1 4 in C ′ = Clearance = P T – OD = 1 1 4 – 1 = 0,25 in = × × × = 1,25 144 5 0,25 33 a s 0,2291 ft 2 4’ Kecepatan massa s s a w G = Pers. 7.2- Kern, 1965 31 712.698,02 0,2291 7 62,198.624 G s = = lb m jam.ft 2 5’ Bilangan Reynold Pada t c = 118,4 F : µ = 0,5848 cP = 1,4153 lb m ft 2 ⋅jam Dari Gambar 28, Kern, untuk 1 in dan 1 1 4 square pitch, diperoleh D e = 0,99 in. De = 0,9912 = 0,0825 ft µ × = s e s G D Re Pers. 7.3-Kern, 1965 6278 , 537 . 41 5848 , 0231 , 698 . 712 0,0825 Re = × = s 6 ′ Taksir J H dari Gambar 28, Kern, diperoleh J H = 120 pada Re s = 41.537,6278 7’ Pada t c = 118,4 c = 1,01 Btulb m ⋅°F k = 0,34Btujam lb m ft. °F 1,6139 0,34 1,4153 1,01 k c. μ 3 1 3 1 =       × =       8’ 3 1 e H s o k . c D k J h       µ × × = ϕ Universitas Sumatera Utara 798,1935 1,6139 0,825 0,34 120 h s o = × × = ϕ 9’ Karena viskositas rendah, maka diambil s ϕ = 1 Kern, 1965 F ft Btujam 126,3806 1 798,1935 h h o 2 s s o o = × = × = ϕ ϕ 10 Clean Overall Coefficient, U C F . ft . Btujam 5201 , 250 1935 , 798 1145 , 365 1935 , 798 1145 , 365 h h h h U 2 o io o io C ° = + × = + × = Pers. 6.38-Kern, 1965 11 Faktor pengotor R d 0036 , 130,1676 5201 , 250 1676 , 130 5201 , 250 U U U U R D C D C d = × − = × − = Pers. 6.13-Kern, 1965 R d hitung ≥ R d ketentuan, maka spesifikasi pendingin dapat diterima. Pressure drop Fluida panas : sisi tube 1 Untuk Re t = 4.110,788 f = 0,0038 ft 2 in 2 Gambar 26-Kern, 1965 s = 0,55 Tabel 6-Kern, 1965 φ t = 1 2 t φ s ID 10 10 5,22 n L 2 t G f t ΔP ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Pers. 7.53-Kern, 1965 1 0,55 0,0752 10 10 5,22 6 16 2 32 , 087 . 46 0,0038 t ΔP × × × ⋅ × × × = = 0,0269 psi 3 Dari Gambar 27, Kern, 1965 diperoleh 2g 2 V = 0,001 psi 0436 , .0,001 0,55 4.6 2g 2 V . s 4n r ΔP = = = ∆P T = ∆P t + ∆P r = 0,0269 psi + 0,0436 psi = 0,0706 psi Universitas Sumatera Utara ∆P t yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : sisi shell 1 ′ Untuk Re s = 41.357,6278 f = 0,003 ft 2 in 2 Gambar 29-Kern, 1965 φ s =1 s = 0,51 2 ′ B L 12 1 N × = + 5 16 12 1 N × = + = 38,4 Pers. 7.43-Kern, 1965 D s = 3312 = 2,75 ft 3 ′ s .s. e D . 10 10 . 22 , 5 1 N . s D . 2 s G f. s P ϕ + = ∆ Pers. 7.44-Kern, 1965 1 0,51 0,0825 10 10 . 22 , 5 38,4 3,25 2 213 712.609,0 0,003 s P × × × × × × = ∆ = 4,7588 psi ∆P s yang diperbolehkan = 10 psi

14. Pompa J-201

Fungsi : Memompa air ke Absorber T-301 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 C Laju alir massa F = 8.625,8291 kgjam = 5,2824 lbms Densitas ρ = 341,0567 kgm 3 = 21,2916 lbmft 3 Viskositas µ = 0,8644 cP = 0,0006 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 21,2916 lbms 5,2824 = 0,2481 ft 3 s Desain pompa : Universitas Sumatera Utara Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Timmerhaus,1991 = 3,9 0,2481 ft 3 s 0,45 21,2916 lbmft 3 0,13 = 3,0997 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,2003, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 3,5 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 3,5480 in = 0,2957 ft Diameter Luar OD : 4 in = 0,3333 ft Inside sectional area : 0,0233 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 0,3333ft s 0,2481ft = 3,6114 fts Bilangan Reynold : N Re = μ D ρ × ×v = lbmft.s 0,0006 57ft fts0,29 3,6114 lbmft 21,2916 3 = 39.135,9495 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 Pada N Re = 39.135,9495 dan εD = 0,12ft 0,00015ft = 0,009 Maka, harga f = 0,0035 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 3,6114 1 2 − = 0,1013 ft.lbflbm 2 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,75 174 , 32 2 6114 , 3 2 = 0,3040 ft.lbflbm Universitas Sumatera Utara 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 6114 , 3 2 = 0,4054 ft.lbflbm Pipa lurus 30 ft = F f = 4f c 2 D.2.g ΔL.v = 40,0035 174 , 32 . 2 . 2957 , 3,6114 . 30 2 = 0,2879 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c 2 2 2 1 2. α A A 1 .g v     − = 174 , 32 1 2 3,6114 1 2 − = 0,2027 ft.lbflbm Total friction loss : ∑F = 1,3031 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 = P 2 ∆Z = 20 ft W ft.lbflbm 1,3031 ft 20 .s ft.lbmlbf 32,174 fts 32,174 s 2 2 = + + + + Ws = 21,3031 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η × Wp 21,3031 = -0,8 × Wp Wp = 26,6266 ft.lbflbm Daya pompa : P = m ×Wp = ft.lbflbm 26,6266 lbms 3600 0,45359 5,2824 × × ft.lbfs 550 hp 1 Universitas Sumatera Utara = 0,2557 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = ¼ hp

15. Kolom Absorbsi T-301

Fungsi : Mengikat Acrylonitrile yang keluar dari Reaktor I R-201 untuk diumpankan ke Reaktor R-301 Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup atas dan bawah elipsoidal Bahan : Stainless Steel SS-63 Grade A Perhitungan Volume dan Densitas Gas Tabel LC.1 Densitas Campuran Gas Alur 10 Densitas campuran gas = 36,45 kgm 3 Tabel LC.2 Berat Molekul Rata-Rata Gas Alur 10 Komponen F 7 kgjam N 7 kmoljam Fraksi mol BM Fraksi × BM C 3 H 6 119,6277 2.848,2775 0,001 42 0,011 NH 3 532,6279 31.331,0526 0,003 17 0,047 N 2 29.926,8514 10.681.816,1400 0,937 28 26,236 C 3 H 3 N 6.065,5209 114.443,1703 0,011 53 0,532 HCN 2.034,8664 75.365,4229 0,007 27 0,179 Komponen massa alur 10 ρ kgm 3 massa × ρ C 3 H 6 0,23 24,63 5,53 NH 3 0,01 25,64 0,29 N 2 0,63 31,24 19,65 C 3 H 3 N 0,13 28,83 3,68 HCN 0,04 21,64 0,93 H 2 O 0,19 34,11 6,38 Total 36,45 Universitas Sumatera Utara H 2 O 8.893,1199 494.062,2166 0,043 18 0,780 Total 47.572,6142 11.399.866,2749 27,784 BM rata-rata gas = 27,784 kgkmol Laju alir gas, G’ = 47.572,6142 kgjam = 13,215 kgs Volume gas, V g = 47.572,6142 36,45 = 3.964,384517 m 3 jam = 1,101m 3 s Laju alir air, L’ = 60,569 kgjam = 0,017 kgs Viskositas gas, μ g = 0,3014 cP = 0,3014 × 10 -3 kgm.s Viskositas air, μ air = 0,8644cP = 0,8644 × 10 -3 kgm.s Densitas air = 995,88 kgm 3 Perhitungan Diameter Tower Nilai absis = 0,5 g l g ρ ρ ρ G L     − Treybal, 1981 = 5 , 45 , 36 88 , 995 45 , 36 2 47.572,614 60,569       − = 0,02 Dari Gbr. 6.34, Treybal 1981, hal. 195 Pressure Drop gas = 400 Nm 2 m diperoleh ordinat : c g l g 1 , l f 2 g J C G ρ − ρ ρ µ = 0,11 Packing menggunakan ceramic raschig ring 50 mm tabel 6.3, Treybal hal.198 : tebal dinding = 6 mm C f = 65 ε = 0,74 C D = 135,6 a p = 92 m 2 m 3 G’ = 5 , 1 , 1 0005 , 65 1 45 , 36 88 , 995 45 , 36 0,11       × × × − × × = 11,25 kgm 2 .s Universitas Sumatera Utara G = BM G = 784 , 27 11,25 = 0,404 kmolm 2 .s Laju alir gas, F g = 47.572,6142 kgjam = 13,215 kgs Luas penampang tower, A : A = G F g = s kgm 11,25 kgs 13,215 2 = 1,175 m 2 Diameter tower, D t = 0,5 π 4A       = 0,5 π 1,175 4       × = 1,223 m LiquidGas Hold-up Dari Tabel 6.5 Treybal 1981, untuk ceramic raschig ring 50 mm : d s = 0,0725 m; σ = 0,0714 Nm; D g = 1,046 × 10 -5 ; D l = 2,98 × 10 -9 β = 1,508 d s 0,376 = 1,508 × 0,0725 0,376 = 0,5622 L’ = A L = 175 , 1 5687 , 60 = 51,547 kgm 2 .jam = 0,014 kgm 2 .s Gas hold-up 5 3 g g g cg 10 1,046 36,45 10 0,3014 D ρ μ S − − × × × = = = 0,161 Treybal, 1981 Liquid hold-up 9 3 l l l cl 10 2,98 995,88 10 0,8644 D ρ μ S − − × × × = = = 610,678 Treybal, 1981 Dari Tabel 6.5 Treybal, 1981 : 1,21 4 1,21 s 4 LsW 0,0725 10 2,47 d 10 2,47 − − × = × = ϕ = 0,0059 m 3 m 3 Treybal, 1981 2 0,5622 6 2 s β 6 LtW 0,0725 0,014 737,5 10 2,09 d 737,5L 10 2,09 × × = × = − − ϕ = 0,045 m 3 m 3 ϕ LoW = ϕ LtW – ϕ LsW Treybal, 1981 = 0,045 – 0,0059 Universitas Sumatera Utara = 0,0391 Dari Tabel 6.5 Treybal, 1981, diperoleh persamaan : H = logL 0,262 0,1737 0,43 0,84 l 0,13 l 0,57 0,073 σ 1 2,024L ρ μ 975,7L −       − Treybal, 1981 = 3,7367 log 262 , 1737 , 43 , 84 , 13 , 3 57 , 073 , 0714 , 1 0,014 024 , 2 88 , 995 10 8644 , 0,014 7 , 975 − −       − × × × = 0,9197 ϕ Lo = ϕ LoW H = 0,0391 × 0,9197 = 0,036 Treybal, 1981 ϕ Ls = 0,37 1,21 0,99 0,02 3 0,37 l 1,21 s 0,99 0,02 l 995.88 0,0725 0,0714 10 0,5 0,0486 ρ d σ 0,0486 μ × × × = − Treybal, 1981 = 0,0057 ϕ Lt = ϕ Lo + ϕ Ls = 0,036 + 0,0057 = 0,042 Perhitungan Luas Kontak Antar Muka Interfacial Area Dari Tabel 6.4 Treybal, 1981 untuk ceramic raschig ring 50 mm : m = 34,03; n = 0; p = 0,362; ε = 0,74 p n 0,5 g AW L ρ G 808 m a     = = 47 , 5 , 0,014 45 , 36 25 , 11 808 03 , 34 − ×     × × = 54,8409 m 2 m 3 0,0391 0,036 54,8409 a a LoW Lo AW A × = = ϕ ϕ = 50,493 m 2 m 3 ε Lo = ε - ε Lt = 0,74 - 0,042 = 0,698 Dari persamaan 6.70 Treybal, 1981 : 0,36 Lo g s 23 cg g ε 1 μ G d 1,195 G S F −     − = 0,36 3 23 g 0,698 1 10 0,3014 11,25 0,0725 0,0645 0,3213 1,195 F − −     − × × × = = 0,222 kmolm 2 .s Universitas Sumatera Utara Dari persamaan 6.72 Treybal, 1981 : 0,5 cl 0,45 l s L s l S μ L d 25,1 D d k     = k l =     × × ×     × × − − 0725 , 10 98 , 2 678 , 610 10 8644 , 0,014 0725 , 1 , 25 9 0,5 45 , 3 = 0,0002 kmolm 2 .s.kmolm 3 C = air BM air ρ = 016 , 18 88 , 995 = 55,278 kmolm 3 F L = k l C = 0,0002 × 55,278 = 0,011 kmolm 2 .s F g a A = 0,222 × 50,493 = 11,209 kmolm 3 .s F L a A = 0,011 × 50,493 = 0,555 kmolm 3 .s Perhitungan Height of Gas Phase Transfer Unit, H tg H tg = 11,209 0,404 a F G A g = = 0,036 m Treybal, 1981 Perhitungan Height of Liquid Phase Transfer Unit, H tl L = 18,016 0,014 BM L = = 0,0008 kmolm 2 .s H tl = 0,555 0,0008 a F L A l = = 0,00014 m Treybal, 1981 Faktor Absorbsi A berkisar antara 1,25-2 Treybal, 1981, diambil A = 1,25. Dari lampiran A dapat dihitung fraksi mol Acrylonitrile : - y 1 alur 7 = 0,064 - x 1 alur 12 = 0,1736 - y 2 alur 11 = 0,001 - x 2 alur 10 = 0 Rasio distribusi kesetimbangan : 0,5164 1,25 .s kmolm 0,2081 .s kmolm 0,0008 GA L m 2 2 = × = = N toG = 6,1959 1,25 1 1 1,25 1 1,25 1 1 0,001 0,064 ln A 1 1 A 1 A 1 1 mx y mx y ln 2 2 2 1 = −       +       − × − − = −       +       − × − − Universitas Sumatera Utara Perhitungan Height of Transfer Unit, H toG H toG = A H H H L mG H tL tG tL tG + = + = 0,036 + 25 , 1 00014 , = 0,036 Perhitungan Tinggi Kolom Absorpsi Tinggi packing, z : z = H toG N toG = 0,036 × 6,1959 = 2,23 m Tinggi head packing, h : h = ¼ D T = ¼ 1,223 = 0,306 m Tinggi kolom absorbsi, H Ab : H Ab = z + 2h = 2,23 + 2 × 0,306 = 2,84 m Perhitungan Tebal Dinding Tekanan gas = 1,1 bar = 15,954 psi Diameter, D = 1,223 m = 48,15 in Joint efficiency, E = 0,85 Allowable stress, S = 17500 psia Faktor kelonggaran = 20 P desain = 1+0,2 × 15,954 = 19,145 psi Tebal dinding kolom absorbsi : t = 1,2P 2SE PD − + CA = 145 , 19 2 , 1 85 , 17500 2 48,15 145 , 19 × − × × × + 0,125 = 1,361 in Maka, digunakan plat dengan tebal 1 ½ in.

16. Pompa J-301

Fungsi : Memompa campuran bahan dari absorber ke reaktor R-301 Universitas Sumatera Utara Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 28 C Laju alir massa F = 26.057,2602 kgjam = 15,9574 lbms Densitas ρ = 317,7927 kgm 3 = 19,8393 lbmft 3 Viskositas µ = 126,0720 cP = 0,0847 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 19,8393 lbms 15,9574 = 0,0011 ft 3 s Desain pompa : Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Timmerhaus, 1991 = 3,9 0,0011 ft 3 s 0,45 19,8393 lbmft 3 0,13 = 0,2734 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 0,375 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 0,4930 in = 0,0411 ft Diameter Luar OD : 0,6750 in = 0,0563 ft Inside sectional area : 0,0013 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,0013 s ft 0,0011 = 0,8632 fts Bilangan Reynold : N Re = μ D ρ × × v = lbmft.s 0,0847 ft 11 fts0,04 0,8632 lbmft 19,8393 3 = 8.304,400 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 Pada N Re = 8.304,400 dan εD = ft 0,12 ft 0,00015 = 0,009 Universitas Sumatera Utara Maka, harga f = 0,009 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 0,8632 1 2 − = 0,0006 ft.lbflbm 2 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,009 174 , 32 2 8632 , 2 = 0,0174 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 8632 , 2 = 0,0232 ft.lbflbm Pipa lurus 30 ft = F f = 4f c 2 D.2.g ΔL.v = 40,009 174 , 32 . 2 . 0411 , 0,8632 . 30 2 = 0,3044 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α     − = 174 , 32 1 2 0,8632 1 2 − = 0,0116 ft.lbflbm Total friction loss : ∑F = 0,3571 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : W F ρ P P z z g 2 α 1 s 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − v v Geankoplis, 2003 Di mana : v 1 = v 2 P 1 = P 2 ∆Z = 20 ft W ft.lbflbm 0,3571 ft 20 .s ft.lbmlbf 32,174 fts 32,174 s 2 2 = + + + + Ws = 20,3571 ft.lbflbm Universitas Sumatera Utara Effisiensi pompa , η= 80 Ws = - η × Wp 20,3571 = - 0,8 × Wp Wp = 25,4464 ft.lbflbm Daya pompa : P = m × Wp = ft.lbflbm 25,4464 lbms 3600 0,45359 15,9574 × × s 550ft.lbf hp 1 = 0,7383 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp

17. Blower G-301

Fungsi : Mengalirkan gas O 2 dan N 2 sebagai off gas dari Kolom Absorpsi T-301 untuk dibuang ke udara bebas Jenis : Blower sentrifugal Bahan konstruksi : Stainless steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : 25 ºC dan 101,325 kPa Laju alir N 11 : 29.926,8518 kmoljam Laju volum gas Q = kPa 325 , 101 K 298,15 Pamol.K m 8,314 kmoljam 8 29.926,851 3 × × = 732,1317 m 3 jam Daya blower dapat dihitung dengan persamaan : 33000 Q efisiensi 144 P × × = Perry, 1997 Efisiensi blower, η = 80 Sehingga, 33000 732,1317 0,8 144 P × × = = 2,55 hp Maka, dipilih blower dengan daya 3 hp

18. Reaktor Mix Flow R-301

Universitas Sumatera Utara Fungsi : tempat terjadi reaksi pembentukan Ammonium Sulfat Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-203 Grade A Jumlah : 1 unit Data perhitungan : Temperatur masuk = 25 °C Temperatur keluar = 25 °C Tekanan operasi = 1,1 bar Asumsi waktu tinggal τ dalam reaktor = 5 menit = 300 detik Desain Tangki : Volume reaktor τ = Q V r V larutan = τ × campuran campuran F ρ = 300 detik × 3 kgm 5198 , 546 kgjam 3142 , 29.895 = 4,5584 m 3 V tangki = 1 + 0,2 × V larutan = 1,2 4,5584 m 3 = 5,4701 m 3 Diameter dan tinggi shell Di : Hs = 3 : 4 Vs = 14π × D 2 i × L Vs = 13π × D 3 i V h = 3 i D 24 π × Vt = Vs + 2V h = π 8 3 × D 3 i Universitas Sumatera Utara 5,4701 = π 8 3 D 3 i D i = 1,5485 m = 5,0804 ft H s = 2,0647 m = 6,7738 ft Diameter dan tinggi tutup Diameter tutup = diameter tangki = Di = 1,5485 m Rasio Axis = 2 : 1 Tinggi tutup = H h = ½ 1,5485 = 0,3871 m = 1,2701 ft Tebal shell tangki P 6 , SE PD t − = Brownell,1959-hal : 254 di mana : t = tebal shell in P = tekanan desain psia D = diameter dalam tangki in S = allowable stress psia E = joint efficiency Volume cairan = 4,5584 m 3 Volume tangki = 5,4701 m 3 Tinggi cairan dalam tangki = m 7206 , 1 m 0647 , 2 5,4701 4,5584 = × Tekanan hidrostatik : ρ campuran = 546, 5198 kg.m 3 P = ρ × g × h = 546, 5198 kgm 3 × 9,8 ms 2 × 1,7206 m = 9.215,1947 Pa = 9,2152 kPa Tekanan udara luar = 1 atm = 101,325 kPa P operasi = 9,2152 kPa + 101,325 kPa = 110,5402 kPa Faktor kelonggaran = 20 Maka, P design = 1 + 0,2 × 110,5402 kPa Universitas Sumatera Utara = 132,6482 kPa Joint efficiencyE = 0,8 Brownell,1959 Allowable stress = 112.039,8834 kPa Brownell,1959 Tebal shell tangki : in 0903 , m 0023 , kPa 132,6482 ,6 0,8 kPa 834 112.039,8 m 5485 , 1 kPa 132,6482 P 0,6 E S D P t = = × − × × = × − × × = Faktor korosi = 18 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0903 in + 18 in = 0,2153 in = 0,0179 ft Menghitung Jaket Pemanas : Jumlah air pendingin 28 o C = 2.683,8702 kgjam ρ air = 996,24 kgm 3 V air pendingin = 6940 , 2 24 , 996 8702 , 683 . 2 = m 3 jam Diameter luar reaktor d = diameter dalam + 2 × tebal dinding = 5,0804 ft × 12 in + 2 × 0,2153 in = 61,395 in Tinggi jaket = tinggi reaktor = 2 × H h + H s + tebal shell = [2 × 1,2701 ft + 6,7738 ft + 0,0179 ft × 12 = 111,9833 in = 2,8444 m Asumsi jarak jaket = ½ in Diameter dalam jaket = 61,395 in + 2 × ½ in = 62,395 in = 1,5848 m Universitas Sumatera Utara Luas yang dilalui air pendingin A : A = 4 π D 2 dalam – D 2 luar = 4 π 62,395 2 – 61,395 2 = 97,1751 in 2 = 0,0627 m 2 Kecepatan superficial air pendingin v : v = A V p = 2 3 m 0627 , jam m 8865 , 57 = 923,3217 mjam Tebal dinding jaket t j : Bahan : stainless steel plate tipe SA-240 grade 314 H jaket = 111, 9833 in = 9,3319 ft ρ air = 996,24 kgm 3 = 28,2114 kgft 3 P H = 6323 , 1 144 2114 , 28 1 3319 , 9 144 1 H a = − = − ρ psia P design = 14,696 + 1,6323 = 16,3283 psia =112,5675 kPa Joint efficiencyE = 0,85 Brownell,1959 Allowable stress = 11.500 psia = 79.281 kPa Brownell,1959 tj = P 0,6 E S D P × − × × = in 1043 , 112,5675 ,6 0,85 79.281 62,395 112,5675 = × − × × Dipilih tebal jaket standard = ¼ in Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk : turbin impeller daun enam Jumlah baffle : 4 buah Untuk turbin standar Mc Cabe, 1993 , diperoleh : tabel 3.4-1 D a D t = 0,3 ; D a = 13 × 5,0804 ft = 1,5241 ft = 0,4646 m HD t = 1 ; H = 5,0804 ft =1,5485 m LD a = 14 ; L = 14 × 1,5241 ft = 0,381 ft = 0,1161 m WD a = 15 ; W = 15 × 1,5241 ft = 0,3048 ft = 0,0929 m JD t = 112 ; J = 112 × 5,0804 ft = 0,4234 ft = 0,129 m Universitas Sumatera Utara Di mana : Dt = diameter tangki Da = Diameter impeller E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Kecepatan pengadukan, N = 1 putarandetik Ρ campuran = 546,5198 kgm 3 = 15,4763 kgft 3 N Re = 9 28.164,455 0,0042 0,4646 1 546,5198 μ ρ.N.D 2 2 a = × × = Dari gambar 3.4-5 Geankoplis, 2003 : Diperoleh N p = 5 P = c 5 a 3 p g D . N . . N ρ Geankoplis, 2003 = hp 550 1 7793 , 19 174 , 32 5241 , 1 1 . 4763 , 15 . 5 . 5 3 × = P = 0,036 hp Efisiensi motor penggerak = 80 Daya motor penggerak = 045 , 8 , hp 0,036 = hp

19. Pompa J-303

Fungsi : Memompa campuran bahan dari Reaktor R-301 ke Distilasi 1 T-311 Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 90 C Universitas Sumatera Utara Laju alir massa F = 29.895,3141 kgjam = 18,3078 lbms Densitas ρ = 292,3880 kgm 3 = 18,5233 lbmft 3 Viskositas µ = 0,1949 cP = 0,0013 lbmft.s Laju alir volumetrik Q = 3 lbmft 18,5233 lbms 18,3078 = 1,003 ft 3 s Desain pompa : Di ,opt = 3,9 Q 0,45 ρ 0,13 Timmerhaus, 1991 = 3,9 1,0031 ft 3 s 0,45 18,5233 lbmft 3 0,13 = 5,6967 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 6 in Schedule number : 40 Diameter Dalam ID : 6,0650 in = 0,50541 ft Diameter Luar OD : 6,6250 in = 0,5521 ft Inside sectional area : 0,2006 ft 2 Kecepatan linear, v = QA = 2 3 ft 0,2006 s ft 1,003 = 4,999 fts Bilangan Reynold : N Re = μ D ρ × ×v = lbmft.s 0,0013 541ft fts0,50 4,999 lbmft 18,5233 3 = 35.215,7093 Turbulen Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε = 0,00015 Pada N Re = 35.215,7093 dan εD = 0,12ft 0,00015ft = 0,009 Maka, harga f = 0,0083 Timmerhaus, 1991 Friction loss : Universitas Sumatera Utara 1 Sharp edge entrance = h c = 0,5 α 2 1 2 1 2 v A A     − = 0,5 174 , 32 1 2 4,999 1 2 − = 0,1943 ft.lbflbm 2 elbow 90° = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 20,009 174 , 32 2 999 , 4 2 = 0,5828 ft.lbflbm 1 check valve = h f = n.Kf. c g v . 2 2 = 12,0 174 , 32 2 999 , 4 2 = 0,7770 ft.lbflbm Pipa lurus 30 ft = F f = 4f c 2 D.2.g ΔL.v = 40,0083 174 , 32 . 2 . 50541 , 4,999 . 30 2 = 0,7656 ft.lbflbm 1 Sharp edge exit = h ex = c 2 2 2 1 2. α A A 1 .g v     − = 174 , 32 1 2 4,999 1 2 − = 0,3885 ft.lbflbm Total friction loss : ∑F = 2,7081 ft.lbflbm Dari persamaan Bernoulli : W F ρ P P z z g 2 α 1 s 1 2 1 2 2 1 2 2 = + ∑ + − + − + − v v Geankoplis, 2003 Di mana : v 1 = v 2 P 1 = P 2 ∆Z = 20 ft W bflbm 2,7084ft.l ft 20 bmlbf.s 32,174ft.l 32,174fts s 2 2 = + + + + Ws = 22,7081 ft.lbflbm Effisiensi pompa , η = 80 Ws = - η x Wp 22,7081 = - 0,8 x Wp Universitas Sumatera Utara Wp = 28,3852 ft.lbflbm Daya pompa : P = m × Wp = ft.lbflbm 25,4464 lbms 3600 0,45359 15,9574 × × ft.lbfs 550 hp 1 = 0,9449 hp Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 hp

20. Heater E-214

Fungsi : Menaikkan temperatur bahan sebelum dimasukkan ke Kolom Distilasi-1 T-311 Jenis : DPHE Dipakai : pipa 2 × 1 4 1 in IPS, 12 ft hairpin Jumlah : 1 unit Fluida panas Laju alir fluida masuk = 3.537,6568 kgjam = 7.799,241 lbmjam Temperatur awal T 1 = 254°C = 489,2°F Temperatur akhir T 2 = 254°C = 489,2°F Fluida dingin Laju alir fluida dingin = 29.895,3142 kgjam = 65.908,230 lbmjam Temperatur awal t 1 = 25°C = 77 °F Temperatur akhir t 2 = 86,91°C = 188,438°F Panas yang diserap Q = 5.992.084,823 kJjam = 5.679.378,256 Btujam 1 ∆t = Beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 489,2 °F Temperatur yang lebih tinggi t 2 = 188,438 °F ∆t 1 = 300,672 °F T 2 = 489,2 °F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 77 °F ∆t 2 = 412,2 °F T 1 – T 2 = 0 °F Selisih t 2 – t 1 =111,438 °F ∆t 2 – ∆t 1 = 111,439 °F Universitas Sumatera Utara 353,559 300,672 412,2 ln 111,438 Δt Δt ln Δt Δt LMTD 1 2 1 2 =       =     − = °F 2 T c dan t c 2 , 489 2 2 , 489 2 , 489 2 T T T 2 1 c = + = + = °F 719 , 132 2 438 , 188 77 2 t t t 2 1 c = + = + = °F Fluida panas : annulus steam 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 05 , 173 . 943 0,0083 7.799,241 G a W G = = = 5 Pada T c = 489,2 F , μ = 0,003 cP Gambar. 15-Kern,1965 μ = 0,003 cP = 0,003 × 2,42 = 0,008 lbmft.jam 737 , 091 . 209 0,003 05 , 173 . 943 0761 , Re G D Re a a a a = × = × = µ 6 J H = 425 Gambar.24-Kern, 1965 7 Pada T c = 489,2 F , c = 1.01Btulbm . F Gambar.3-Kern,1965 k = 0,013 Btujamft 2 Fft Universitas Sumatera Utara 0,856 0,013 0,008 . 1,01 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 59,737 1 0,856 0,0761 0,013 425 2 = × × × = Fluida dingin : Inner Pipe bahan 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 546 , 348 . 6 0,010 65.908,30 G a W G = = = 5’ Pada t c = 132,719 F , μ = 0,396 cP Gambar. 15-Kern,1965 μ = 0,396 cP = 0,396 x 2,42 = 0,957 lbmft.jam 436 , 613 . 762 0,0,957 546 , 348 . 6 115 , Re G D Re p p p p = × = × = µ 6’ J H = 900 Gambar.24-Kern, 1965 7’ Pada t c = 132,719 F , c = 0,852 Btulbm . F Gambar.3-Kern,1965 k = 0,566 Btujamft 2 Fft 1,13 0,566 0,957 . 0,852 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 Universitas Sumatera Utara F ft Btujam 5.003,341 1 3 1 , 1 0,115 0,566 900 2 = × × × = 9’ F ft Btujam 4.159,404 0,1383 0,115 5.003,341 OD ID h h 2 i io = × = × = 10 Clean averall coefficient, Uc F ft Btujam 7,996 8,012 4.159,404 8,012 x 4.159,404 h h h h U 2 o io o io C = + = + × = 11 U D R d ketentuan = 0,002 F ft2 btujam 7,871 U 0,002 7,996 1 R U 1 U 1 D D C D = + = + = 12 Luas permukaan yang diperlukan Q = U D × A × Δ t 2 D ft 52,2 353,559 7,871 256 5.679.378, Δt U Q A = + = × = Panjang yang diperlukan ft 120 0,435 52,2 = = Berarti diperlukan 5 pipa hairpin 12 ft. 13 Luas sebenarnya = 5 × 24 × 0,435 = 52,2 ft 2 Pressure drop Fluida panas : Anulus steam 1 D e ’ = D 2 – D 1 = 0,1723 - 0,1383 = 0,0339 ft Re a ’ 9.243,620 0,008 943.173,05 0,0339 μ G De a = × = × = F 001 , 9.243,620 264 , 0035 , 0,42 = + = Pers.3.47b-Kern, 1965 s = 1, ρ = 1 × 62,5 = 62,5 Universitas Sumatera Utara 2 ΔF a ft 1,139 0,0339 62,5 10 4.18 2 24 943.173,05 0,011 4 D 2g ρ L 4fG 2 8 2 e 2 2 a = × × × × × × × = = 3 V Fps 4,192 62,5 3600 943.173,05 ρ 3600 G a = × = = F i ft 1,364 32,2 2 4,192 1 2g 1 2 2 =     × × =     × = v ΔP a psi 086 , 1 144 62,5 1,364 1,139 = × + = ∆P a yang diperbolehkan = 2 psi Fluida dingin : Inner Pipe bahan 1’ Re p ’ = 762.613,436 F 0,001 6 762.613,43 264 , 0035 , 0,42 = + = Pers.3.47b-Kern, 1965 s = 0,98 , ρ = 61,25 2’ ΔF p ft 2,241 0,115 61,25 4.18.10 2 24 6.348,546 0,001 4 D 2g ρ L 4fGp 2 8 2 2 2 = × × × × × × = = 3’ ΔP p psi 030 , 1 144 25 , 1 6 2,241 = × = ∆P p yang diperbolehkan = 10 psi

21. Kolom Distilasi 1 T-311

Fungsi : memisahkan campuran Jenis : sieve – tray Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : carbon steel SA-283 grade C Jumlah : 1 unit Data : Dari perhitungan neraca massa dan neraca panas diperoleh : R D = 30 X HF = 0,8439 R DM = 0,58 X LF = 0,863 Universitas Sumatera Utara X LW = 0,0747 D = 31.903,74 kgjam X HW = 0,8569 W = 31.829,86 kgjam X HD = 0,8439 α LD = 2,3641 X LD = 0,863 α LW = 2,079 2,21 2,079 2,341 . α α α LW LD av L, = = = Geankoplis, 2003 log α W] WX DX DX log[X N av L, LW HW HD LD m = Geankoplis, 2003 21 , 2 log ] 0747 , 8569 , 8439 , 863 , log[ = = 5,53 Dari Fig 11.7-3, Geankoplis, hal:676 diperoleh N N m = 0,64, maka : N = 0,64 5,53 0,64 N m = =8,64 Jumlah piring teoritis = 8,64 - 1 reboiler Efisiensi piring = 85 Geankoplis, 2003 Maka jumlah piring yang sebenarnya = 8,640,85 = 10,17 piring ≈ 11 piring Penentuan lokasi umpan masuk                 = 2 HD LW LF HF s e X X D W X X 0,206log N N log Geankoplis, 2003                     = 2 s e 0,8439 0,0747 31.309,74 31.829,86 0,863 0,8439 0,206log N N log 0,21 N N s e = N e = 0,21 N s N = N e + N s 11 = 0,21 N s + N s N s = 9,072 ≈ 10 N e = 11 – 10 = 1 Jadi, umpan masuk pada piring ke -1 dari atas. Universitas Sumatera Utara Design kolom Direncanakan : Tray spacing t = 0,4 m Hole diameter d o = 4,5 mm Treybal, 1984 Space between hole center p’ = 12 mm Treybal, 1984 Weir height h w = 5 cm Pitch = triangular ¾ in Data : Suhu dan tekanan pada destilasi T-101 adalah 350,084 K dan 1 atm Tabel LC. 3 Komposisi bahan pada alur Vb destilasi 1 T-311 Komponen Alur Vd kmoljam mol Mr mol × Mr NH 2 SO 4 HCN 106.838,0000 0,157 27 4,2390 C 3 H 3 N 564.475,3000 0,8295 53 43,9635 H 2 O 9.186,7600 0,0135 18 0,2430 Total 680.500,6600 48,4455 AV mol weight 48,4455 Laju alir massa gas G` = 2,192 kmols ρ v = 27 , 362 273 4 , 22 4455 , 48 × = 7,67 kgm 3 Laju alir volumetrik gas Q = 273 27 , 362 4 , 22 02 , 189 × × = 193,77 m 3 s Tabel LC. 4 Komposisi bahan pada alur Lb destilasi 1 T-311 Alur lb massa ρ L kgm3 massa × ρ L NH 2 SO 4 2.276,03 0,0715 1.758,179 125,7200 HCN 2.145,61 0,0674 207,061 13,9578 Universitas Sumatera Utara C 3 H 3 N 5.595,90 0,1750 276,587 48,6263 H 2 O 21.811,92 0,8650 336,464 230,5700 Total 31.829,45 277,8000 ρ L 418,8700 Laju alir massa cairan L` = 174,50 kgs Laju alir volumetrik cairan q = 87 , 418 50 . 74 , 1 = 4,16 m 3 s Surface tension σ = 0,04 Nm Lyman, 1982 2 o a o p d 907 , A A     = 2 a o 0,0120 0,0045 907 , A A       = = 0,1275 2 1 2 1 V L 67 , 7 87 , 418 77 , 193 16 , 4 ρ ρ Q q       =     =2,57 ≈ 3 α = 0,0744t + 0,01173 = 0,07440,4 + 0,01173 = 0,0415 β = 0,0304t + 0,05 = 0,03040,40 + 0,015 = 0,0272 C F = 2 , V L 0,02 σ β ρ qQ ρ 1 αlog             + = 2 , 0,02 0,04 0,0272 3 1 log 0,0415           + = 0,02 V F = 5 , V V L F ρ ρ ρ C     − = 5 , 418,87 67 , 7 87 , 418 0,02       − = 0,17ms Asumsi 80 kecepatan flooding Treybal, 1984 Universitas Sumatera Utara V = 0,8 × 0,17 = 0,136 ms A n = 136 , 77 , 193 = 1.424,7 m 2 Untuk W = 0,7 T dari tabel 6.1 Treybal, diketahui bahwa luas downspout sebesar 8,8. A t = 137 , 9 088 , 1 7 . 424 , 1 = − m 2 Column Diameter T = [49,137π] 0,5 = 107,88m Weir length W = 0,7107,88 = 75,52 m Downsput area A d = 0,0889,137 = 7,3099 m 2 Active area A a = A t – 2A d = 9,137 – 27,3099 = 76,754 m 2 Weir crest h 1 Misalkan, h 1 = 0,025 m h 1 T = 0,025107,88 = 0,0002 2 1 5 , 2 2 2 eff W T T h 2 1 W T W T W W                     +         −       −       =       [ ] { } 2 5 , 2 2 2 eff 4286 , 1 0002 , 2 1 4286 , 1 4286 , 1 W W + − − =       99 , W W eff =       3 2 eff 3 2 1 W W W q 666 , h             = 3 2 3 2 1 99 , 75,72 4,16 666 , h       = m 42 , 1 h 1 = Perhitungan diulangi dengan memakai nilai h 1 = 1,42 m hingga nilai h 1 konstan pada nilai 1,999 m. Perhitungan Pressure Drop Dry pressure drop A o = 0,1275 x 76,754 = 9,786 m 2 Universitas Sumatera Utara u o = 8 , 19 786 , 9 77 , 193 A Q o = =         = L v 2 o 2 o d ρ ρ C u , 51 h           = 418,87 7,67 0,66 19,8 , 51 h 2 2 d 0,00031m mm 031 , h d = = Hydraulic head 754 , 76 77 , 193 A Q V a a = = = 2,12 ms 2 52 , 75 88 , 107 2 W T z + = + = = 91,7 m       + − + = z q 225 , 1 ρ V h 238 , h 725 , 0061 , h 5 , V a w w L       + − + = 91,7 4,16 225 , 1 27,67 0,052,1 238 , 0,05 725 , 0061 , h 5 , L m ,056 h L = Residual pressure drop g d ρ g σ 6 h o L c R = 0459,8 418,870,0 1 0,04 6 h R = = 0,0007 m Total gas pressure drop h G = h d + h L + h R h G = 0,00031 + 0,056+ 0,0007 h G = 0,057 m Universitas Sumatera Utara Pressure loss at liquid entrance A da = 0,025 W = 0,02575,52 = 1,88 m 2 2 da 2 A q g 2 3 h     = 2 2 1,88 4,16 g 2 3 h       = = 0,0134 m Backup in downspout h 3 = h G + h 2 h 3 = 0,057 + 0,0134 h 3 = 0,07m Check on flooding h w + h 1 + h 3 = 0,05 +0,056 + 0,07 h w + h 1 + h 3 = 0,176 m t2 = 0,42 = 0,2 m Karena nilai h w + h 1 + h 3 lebih kecil dari t2, maka spesifikasi ini dapat diterima, artinya dengan rancangan plate seperti ini diharapkan tidak terjadi flooding. Spesifikasi kolom destilasi Tinggi kolom = 11 × 0,4 m = 4,4 m Tinggi tutup = 6 , 2 4 1 = 0,65 m Tinggi total = 10,8 + 23,82 = 5,05 m Tekanan operasi = 1 atm = 110 kPa Faktor kelonggaran = 5 Maka, P design = 1,05 110 kPa = 115,5 kPa Joint efficiency = 0,8 Brownell, 1959 Allowable stress = 12.650 psia = 87.218,714 kPa Brownell, 1959 Tebal shell tangki : 1,2P - 2SE PD t = Universitas Sumatera Utara 1,2115,5 - 140,8 287.218,7 ,78 115,510 t = = 0,6199 m = 24,406 in Faktor korosi = 0,125 in Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,6199 in + 0,125 in = 0,74 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 in Brownell, 1959

22. Kondensor distilasi I E-102

Fungsi : Menaikkan temperatur bahan sebelum di umpankan lagi ke kolom distilasi I Jenis : DPHE Dipakai : pipa 2 x 1 4 1 in IPS, 12 ft hairpin Jumlah : 1 unit Fluida panas Laju alir fluida masuk = 30.291,856 kgjam = 66.782,460 lbmjam Temperatur awal T 1 = 89,129 °C = 192,433 °F Temperatur akhir T 2 = 76,934 °C = 170,481 °F Fluida dingin Laju alir fluida dingin = 122,8 kgjam = 269,36 lbmjam Temperatur awal t 1 = 28 °C = 82,4 °F Temperatur akhir t 2 = 48 °C = 118,4 °F Panas yang diserap Q = 922.081,551 kJjam = 873.961,245 Btujam 1 ∆t = Beda suhu sebenarnya Fluida Panas Fluida Dingin Selisih T 1 = 192,433 °F Temperatur yang lebih tinggi t 2 = 118,4 °F ∆t 1 = 74,033 °F T 2 = 170,481 °F Temperatur yang lebih rendah t 1 = 82,4 °F ∆t 2 = 88,081 °F T 1 – T 2 = 21,95 °F Selisih t 2 – t 1 = 36 °F ∆t 2 – ∆t 1 = 14,048 °F 80,854 74,033 88,081 ln 14,048 Δt Δt ln Δt Δt LMTD 1 2 1 2 =       =     − = °F Universitas Sumatera Utara 2 T c dan t c 457 , 181 2 481 , 170 433 , 192 2 T T T 2 1 c = + = + = °F 4 , 100 2 4 , 118 4 , 82 2 t t t 2 1 c = + = + = °F Fluida panas : annulus air pendingin 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 650 , 934 . 2 0,0083 24.267,070 G a W G = = = 5 Pada t c = 100,4 F , μ = 0,705 cP Gambar. 15-Kern, 1965 μ = 0,705 cP = 0,705 × 2,42 = 1,705 lbmft.jam 7 296.489,96 1,7049 2.934,650 0,0761 Re μ G D Re a a a a = × = × = 6 J H = 600 Gambar.24-Kern, 1965 7 Pada t c = 100,4 F, c = 1 Btulbm . F Gambar.3-Kern, 1965 k = 0,623 Btujamft 2 Fft 1,399 0,623 0,523 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 Universitas Sumatera Utara F ft Btujam 68,66 1 1,399 0,0761 0,623 600 2 = × × × = Fluida dingin : inner pipe bahan 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 6.432,755 0,010 66.782,460 G a W G = = = 5’ Pada T c = 181,45 F , μ = 0,005cP Gambar. 15-Kern, 1965 μ = 0,005 cP = 0,005 x 2,42 = 0,011 lbmft.jam 65.887,862 0,005 6.432,755 0,115 Re μ G D Re p p p p = × = × = 6’ J H = 170 Gambar.24-Kern, 1965 7’ Pada T c = 181,45 F, c = 0,014 Btulbm . F Gambar.3-Kern, 1965 k = 0,009 Btujamft 2 Fft 0,256 0,009 0,011 . 0,014 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 3,422 1 0,256 0,115 0,009 170 2 = × × × = 9’ F ft Btujam 141,325 0,1383 0,115 3,422 OD ID h h 2 i io = × = × = Pers.6.5-Kern, 1965 10 Clean averall coefficient, Uc Universitas Sumatera Utara ft Btujam 475 , 138 66 , 68 325 , 14 68,66 141,325 h h h h U 2 o io o io C F = + × = + × = 11 U D R d ketentuan = 0,002 F ft2 btujam 108,442 U 0,002 3138,475 1 R U 1 U 1 D D C D = + = + = 12 Luas permukaan yang diperlukan Q = U D × A × Δ t 2 D ft 99,677 80,854 108,442 24.267,070 Δt U Q A = + = × = Panjang yang diperlukan ft 142 , 229 0,435 99,677 = = Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft. Luas sebenarnya = 10 × 12 × 0,435 = 104,400 ft 2 Pressure drop Fluida panas : anulus air pendingin 1 D e ’ = D 2 – D 1 = 0,1723 - 0,1383 = 0,0339 ft Re a ’ 3 131.073,60 1,705 9.234,650 0,0339 μ G De a = × = × = F 0,002 603 , 073 . 131 264 , 0035 , 0,42 = + = Pers.3.47b-Kern, 1965 s = 1, ρ = 1 × 62,5 = 62,5 2 ΔF a ft 7,3867 0,0339 62,5 10 4.18 2 12 9.234,650 0,002 4 D 2g ρ L 4fG 2 8 2 e 2 2 a = × × × × × × × = = 3 v Fps 13,043 62,5 3600 9.234,650 ρ 3600 G a = × = = F i ft 6416 , 2 2 , 32 2 043 , 3 1 1 2 1 2 2 =     × × =     × = g v ΔP a psi 43 , 144 62,5 6416 , 2 7,386 = × + = ∆P a yang diperbolehkan = 2 psi Universitas Sumatera Utara Fluida dingin : inner pipe bahan 1’ Re p ’ = 65,877.862 F 0,001 862 , 877 . 65 264 , 0035 , 0,42 = + = Pers.3.47b-Kern, 1965 s = 0,98 , ρ = 61,25 2’ ΔF p ft 5,376 0,115 61,25 4.18.10 2 12 6.432,55 0,001 4 D 2g ρ L 4fGp 2 8 2 2 2 = × × × × × × = = 3’ ΔP p psi 74 , 4 144 25 , 1 6 376 , 5 = × =

23. Acumulator Distilasi I D-301

Fungsi : Menampung distilat dari kolom distilasi-1 T-311 Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup dan alas ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-113 grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Temperatur = 90 °C Tekanan = 1 atm Laju alir massa = 30.292,25 kgjam Kebutuhan perancangan = 1 jam Faktor kelonggaran = 20 Densitas campuran = 274,0151 kgm 3 Chemcad Database 5, 1999 Perhitungan :

a. Volume tangki