Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Diambil U
D
= 60 , maka Luas perpindahan panas yang dibutuhkan; A
A = t
x U
Q
D
∆ =
127,9248 60
8 6690665,55
x = 871,6925 ft
2
Untuk tube ½ in luas permukaan perpindahan panasft = 0,1309 ft
2
Luas perpindahan panas per lilitan = π ×A ×H
s
= 3,14 × 0,1309 × 22,5518 ft = 9,2693 ft
2
lilitan Jumlah lilitan secara keseluruhan =
94 2613
, 9
6925 ,
871 =
lilitan
9. Pompa Tangki Sterilisasi P-105
Fungsi : Untuk mengalirkan produk ST-101 ke C-101
Kondisi operasi : Temperatur = 75
o
C
Tekanan = 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 222009,9514 kgjam = 135,9564 lbdetik Densitas ;
ρ
camp
= 1044,8067 kgm
3
= 65,2275 lbft
3
Viskositas, µ
= 0,39 cp = 2,622 × 10
-4
lbmft detik Perry,1999 Laju alir volumetrik; Q = ρ
m =
3
lbft 65,2275
lbdetik 135,9564
= 2,0843 ft
3
detik
a. Perencanaan pompa
Diameter optimum,ID
op
= 3,9 Q
0,45
ρ
0,13
PetersTimmerhaus,2004 ID
op
= 3,9 2,0843
0,45
65,2275
0,13
= 9,3427 in Dipilih pipa 8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Kern,1965
Diameter Luar; OD = 8,625 in
Diameter dalam; ID = 7,981 in = 0,6650 ft
Luas penampang; A = 50 in
2
= 0,3472 ft
2
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Kecepatan laju alir; v =
A Q
=
2 3
ft 0,3472
detik 2,0843ft
= 6,0027 ftdetik
b. Bilangan Reynold, N
Re
Bilangan Reynold, N
Re
= µ
ρ v
ID ×
×
= ik
lbmft.det 10
2,622 det
6,0027 6650
, lbft
65,2275
4 -
3
× ×
× ik
ft ft
= 993039,0579 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel,
ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
00022 ,
6650 ,
00015 ,
= =
ID ε
Untuk aliran turbulen, f = 0025
, 0579
, 993039
079 ,
079 ,
25 ,
25 ,
Re
= =
N Geankoplis, 2003
c. Menentukan panjang ekivalen total pipa, L
∑ Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut :
Sistem perpipaan LD
L ft
1. Panjang pipa lurus
2. Sambungan pipa
- 3 buah elbow standar 90 - 1 buah gate valve fully open
- Penyempitan mendadak, K = 0,5 - Pembesaran mendadak, K = 1,0
30 13
27 51
57
59,850 8,645
17,955 33,915
Total panjang pipa ekivalen,
L Σ
176,7446
Faktor kerugian karena kehilangan energi; F
∑ F
∑ = gcD
L fv
2 4
2
∑
= ft
ik lbf
ft lbm
ft 6650
, det
. .
174 ,
32 2
7446 ,
176 ftdetik
0027 ,
6 0025
, 4
2 2
× ×
× ×
= 1,4882 ft lbflbm
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Tinggi pemompaan
∆
Z = 57 ft
Dari persamaan Bernoulli;
∆
∫
= ∑
+ +
∆ +
2 1
2
2
P P
Wf F
dP V
gc g
Z gc
v
α Sandler,1987
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: ∆
α
gc v
2
2
= 0 Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka
∫
2 1
P P
dP V
= 0 Sehingga persamaan Bernoulli menjadi;
Wf = F
gc g
Z ∑
+ ∆
Kerja pompa; Wf = F
gc g
Z ∑
+ ∆
= 57 ft ×
2 2
det 174
, 32
det 174
, 32
ik lbf
ft lbm
ik ft
+ 1,4882 ft lbflbm = 58,4882 ft lbflbm
Daya pompa; P = Q × ρ × Wf
= 2,0843 ft
3
detik × 65,2275 lbft
3
× 58,4882 ft lbflbm = 7951,6959 lb ftdetik550 = 14,4576 HP
Efesiensi pompa = 80 Maka daya aktual motor; P
m
= 0,8
HP 14,4576
= 18,0720 HP = 19 HP
10. Cooler C-101
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
Fungsi : Mendinginkan umpan sebelum dimasukkan ke R-102 .
Data: Kondisi penampungan : Temperatur = 30
o
C
Tekanan = 2 atm
1. Perhitungan LMTD Tabel LC-5 Perhitungan LMTD
Fluida panas F
Temperatur Fluida dingin
F Differensial
F
167 Temperatur tinggi
104 63
86 Temperatur rendah
77 9
81 Differensial
27 54
LMTD =
ln
1 2
2 1
1 2
2 1
t T
t T
t T
t T
− −
− −
−
Dimana :
∆
t
1
= selisih temperatur larutan glukosa masuk dengan temperatur air pendingin masuk
∆
t
2
= selisih temperatur larutan glukosa keluar dengan temperatur air pendingin keluar t
1
= temperatur air pendingin masuk t
2
= temperatur air pendingin keluar T
1
= temperatur larutan glukosa masuk T
2
= temperatur larutan glukosa keluar Maka :
LMTD =
= −
− −
− −
77 86
104 167
ln 77
86 104
167 27,7505
F Faktor koreksi untuk fluida panas, R :
R = 3
77 104
86 167
1 2
2 1
= −
− =
− −
F F
t t
T T
F Pers. 5.14 Kern 1950
Faktor koreksi untuk fluida dingin, S : R =
3 ,
77 167
77 104
1 1
1 2
= −
− =
− −
F F
t T
t t
F Pers. 5.14 Kern 1950
Dari gambar 18, Kern diperoleh F
T
= 0,755 Jadi :
∆
T = F
T
. LMTD Pers. 7.42 Kern 1950
= 0,755. 27,7505 = 20,9516 F
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
2. Temperatur rata-rata T
a
= F
F 5
, 126
2 86
167 =
+ t
a
= F
F 5
, 90
2 77
104 =
+
Untuk sistem fluida panas yaitu larutan glukosa masuk melalui shell side, sedangkan fluida dingin yaitu air melalui tube side. Harga U
D
= 75-150 Btujam ft
2
. F Tabel 8, Kern
1950 Diambil U
D
= 150 Btujam ft
2
. F
Dari tabel 10, kern 1950 diambil ukuran tube : OD
= 1 2
1 in = 0,125 ft ID
= 1,28 in = 0,10667 ft BWG
= 12 at
= 0,3925 ft
2
ft L
= 24,3696 ft
Luas perpindahan panas A : t
U Q
A
D
× =
t U
Q A
D
× =
2 2
9929 ,
1145 9516
, 20
150 Btujam
6 36015579,9
A ft
F F
ft Btu
= ×
= Luas permukaan luar untuk tube ¾ in a
″ = 0,3925 ft
2
ft Tabel 10, Kern, 1965 Jumlah tube,
119,81 ft
ft 0,3925
ft 24,3696
ft 1117,070
a L
A N
2 2
t
= ×
= ×
= buah
Ukuran Shell : Dari tabel 9 Kern,1965 diperoleh data :
Heat exchanger = 6 Pass
Susunan triangular pitch, P
T
= 1 in = 0,0833 ft N
t
= 118 ID
= 15 4
1 in = 1,2708 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
OD = ¾ in
a Koreksi U
D
A = L × Nt × a” A = 24,3696 × 118 × 0,3925 = 1128,6780 ft
2
U
D
=
t A
Q ∆
×
= 9516
, 20
9929 ,
1145 6
3601557,99 ×
= 150,2151 Btujam ft
2
F
Flow Area a a.
shell side
Pt 144
B C
ID a
s
× ×
× =
Pers. 7.1 Kern, 1965 Baffle specing, B = ID5 = 15,255 = 3,05 in
C = P
T
– OD = 1 – ¾ = 0,25 in 0,0807
1 144
05 ,
3 25
, 25
, 15
= ×
× ×
=
s
a ft
2
Mass Velocity G
s
a W
Gs =
Pers. 7.2 Kern, 1965 W
s
= 222009,9514 kgjam = 489443,1389 lbjam 742
, 6064970
0,0807 9
489443,138 =
= Gs
lbh ft
2
Diketahui temperatur rata – rata Ta = 126,5 F
Viskositas, µ = 1,908307 lbmft
2
jam Konduktivitas termal, k
= 0,500103 kern, 1965
Panas spesifik, C = 0,8361 Btulbm
F Equivalent diameter shell, D
es
: D
es
= OD
OD P
P
T T
π π
2 1
4 2
1 86
, 2
1 4
2
− ×
× Pers. 7.5 kern 1965
D
es
= 0625
, 2
1 4
0625 ,
2 1
0833 ,
86 ,
0833 ,
2 1
4
2
ft ft
ft ft
π π
− ×
×
= 0,106 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
R
es
= jam
ft lbm
ft jam
lb ft
G D
s e
2 2
908307 ,
1 742
, 6064970
106 ,
× =
× µ
= 336888,6131 Diperoleh JH = 350
Fig. 28 kern 1965 96729
, 24
, 2
908307 ,
1
14 ,
14 ,
tan
=
=
= Φ
w glukosa
laru s
µ µ
47213 ,
1 50010
, 918
, 90830
, 1
8361 ,
.
3 1
3 1
=
×
=
k
C
µ
967290 ,
47213 ,
1 09
, 050010
350 .
3 1
× ×
× =
Φ
×
× =
s e
o
k C
D k
JH h
µ
= 2769,3972
Flow Area a tube side
n 144
a Nt
a
t t
× ×
=
n = 6
a ’t = 0,204 Tabel 10, Kern, 1965
0,176 6
144 29
, 1
118 =
× ×
=
t
a
ft
2
Mass Velocity G
t
a W
Gt =
Pers. 7.2 Kern, 1965
3 ,
1803493 0,259
6 467104,764 =
= Gt
lbh ft
2
Diketahui temperatur rata – rata ta = 90,5 F
Viskositas, µ = 2,0037 lbmft
2
jam Konduktivitas termal, k
= 0,336 Btuft.jam F kern, 1965
Panas spesifik, C = 0,9988 Btulbm
F R
et
= jam
ft lbm
ft jam
lb ft
G ID
ts 2
2
0037 ,
2 3
, 1803493
1066 ,
× =
× µ
= 95948,6878 Diperoleh JH = 250
Fig. 24 kern 1965
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 TonTahun, 2010.
0048 ,
1 936
, 1
0037 ,
2
14 ,
14 ,
=
=
= Φ
w pendingin
air s
µ µ
8127 ,
1 336
, 0037
, 2
9988 ,
.
3 1
3 1
=
×
=
k
C
µ
0048 ,
1 8127
, 1
1066 ,
336 ,
250 .
3 1
× ×
× =
Φ
×
× =
t
k C
ID k
JH h
µ
= 1435,2502 75
, 1066
, 2502
, 1435
× =
× =
OD ID
h h
i o
= 203,9969 Btujam.ft
2
. F
Koefisien panas bersih keseluruhan ; Uc
o io
o io
h h
h h
Uc +
× =
190,0011 2769,3972
203,9969 2769,3972
203,9969 =
+ ×
= Uc
Btu h ft
2
F Koefisien kotor ; R
D
D C
D C
D
U U
U U
R ⋅
− =
0,002 150
190,0011 150
190,0011 =
× −
= Rd = 0,002 Rd min = 0,001
Tabel 12. Kern 1965 Perhitungan Pressure Drop :
a. Shell side
